В този раздел представяме на вашето внимание Книги по електроника и електротехника. Електрониката е наука, която изучава взаимодействието на електрони с електромагнитни полета и разработва методи за създаване електронни устройства, устройства или елементи, използвани предимно за предаване, обработка и съхраняване на информация.
Електрониката е бързо развиващ се клон на науката и технологиите. Тя учи физика и практическа употребаразлични електронни устройства. Физическата електроника включва: електронни и йонни процеси в газове и проводници. На границата между вакуум и газ, твърди и течни тела. Техническата електроника включва изучаването на дизайна на електронни устройства и тяхното приложение. Областта, посветена на използването на електронни устройства в индустрията, се нарича индустриална електроника.
На сайта можете да изтеглите безплатно голям бройкниги по електроника. Книгата „Проектиране на схеми на електронни устройства“ разглежда елементната база на електронните устройства. Дадени са основните принципи на конструиране на аналогови, импулсни и цифрови устройства. Особено внимание се обръща на устройствата за съхранение и преобразувателите на информация. В отделен раздел са разгледани микропроцесорните системи и устройства. За студенти от висши учебни заведения професионално образование. Изтеглете също книги от авторите: Levinshtein M.E., Simin G.S., Maksina E.L., Kuzmina O., Shchedrin A.I., Leontyev B.K., Shelestov I.P., Piz R., Rodin A., Bessonov V.V., Stolovykh A.M., Drigalkin V.V., Mandl M., Лебедев А.И., Брага Н., Хамакава Ю., Ревич Ю.В., Абраитис Б.Б., Алтшулер Г.Б., Елфимов Н.Н., Шакулин В.Г., Байда Н.П., Байърс Т., Балян Р.Х., Обрусник В.П., Бамдас А.М., Савиновски Ю А.А., Бас А.А., Безбородов Ю.М., Бочаров Л.Н., Бухман Д.Р., Кротченков А.Г., Обласов П.С., Быстров Ю.А., Василевски Д.П., Василиев В.А., Вдовин С.С., Вересов Г.П., Якубовски С.В., Шахгилдян В.В., Чистяков Н., Хоровиц П., Хил У., Фелпс Р., Сидоров И. Н., Скорняков С. В., Гришин Г. Г., Мошков А. А., Олшански О. В., Овечкин Ю. А., Викулин И. М., Войшвило Г. В., Володин А. А., Галперин М. П., Кузнецов В .Я., Маслеников Ю.А., Гауси М., Лакер К., Еляшкевич С., Гендин Г.С., Головков А.В.
Обърнете внимание на книгата „Проектиране на схеми и инструменти за проектиране на цифрови устройства“. Книгата предоставя описание на схемите на цифровите устройства. Основният фокус е върху обучението за разработване на софтуерни и хардуерни системи, съдържащи процесор: писане на поведенчески и структурни VHDL и Verilog HDL модели, тестването им и функционално тестване на изпълнението на програмата. Описва модерни инструменти за разработчици. Примерите предоставят описание на използването на този инструментариум.
Сайтът представя книги от най-известните автори: Любицки В.Б., Голденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н., Горбати В.И., Городилин В.М., Федосеева Е.О., Трохименко Ю., Любич Ф., Румянцев М.М., Розанов Ю.К., Гришин Ю. .P., Казаринов Ю.М., Катиков В.М., Рамм Г.С., Панфилов Н.Д., Окснер Е.С., Новаченко И.В., Юровски А.В., Нефедов А.В., Гордеева В.И., Мошиц Г., Хорн П., Мигулин И., Чаповски М., Маркатун В.А., Ильин В.А., Мурадян О.Б., Йосиф К., Андреев В., Годонов А.Ю., Головин А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Айсберг Е., Шумилин М.С., Головин О.В., Севалнев В.П., Шевцов Е.А., Цикин Г.С., Харченко В.М., Хабловски И., Скулимовски В., Уилямс А., Тетелбаум И.М., Шнайдер Ю.Р., Соклоф С., Гутников В.С., Данилов Л. .В., Матханов П.Н., Филипов Е.С., Дерябин В.И., Рибаков А.М., Ротаммел К., Дяков В.И., Палшков В.В., Жутяев С., Зелдин И.В., Русинов В.В., Ломоносов В.Ю., Поливанов К.М., Кацнелсон Б. ., Ларионов А., Игумнов Д.В., Королев Г., Громов И., Йофе В.К., Лизунков М.В., Колендер Б.Г., Кузинец Л.М., Соколов В.С., Китаев В.Е., Бокуняев А.А., Колканов М.Ф., Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. , Кононович Л., Калабеков Б.А., Кононович Л.М., Ковалгин Ю.А., Сирицо А., Поляков В., Королев Г.В., Костиков В.Г., Никитин И.Е., Краснополски А.Е., Соколов В., Троицки А., Кризе С., Кубаркин Л.В., Кузин В., Кузина О., Куприянович Л., Леонтьев В.Ф., Лукошкин А., Киренски И., Монахов Ю., Петров О., Достал И., Судаков Ю., Громов Н., Виходец А.В., Гитлиц М.В., Никонов А.В., Однолко В.В., Гавриленко И., Малцева Л., Марцинкевичус А., Мирски Г.Я., Волгов В.А., Вамберски М.В., Казанцев В.И., Шелухин С.А., Бунимович С., Яйленко Л., Мухитдинов М., Мусаев Е., Мячин Ю.А., Одноралов Н., Павленко Ю.Ф., Шпанион П.А., Парол Н.В., Берщейн А.С., Паскалев Ж., Поликарпов А., Сергиенко Е.Ф., Бобров Н.В., Бенковски З., Липински Е. ., Бастанов В.Г., Поляков В.Т., Абрамович М.И., Павлов Б., Щербакова Ю.В., Адаменко М., Тюнин Н.А., Куликов Г.В.
АВТОНОМНА ОРГАНИЗАЦИЯ С НЕСТОПАНСКА ЦЕЛ
ВИСШЕ ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ
ЦЕНТРАЛЕН СЪЮЗ НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ
"РУСКИ УНИВЕРСИТЕТ ЗА СЪТРУДНИЧЕСТВО"
КАЗАНСКИ КООПЕРАТИВЕН ИНСТИТУТ (КЛИОН)
ЕЛЕКТРОТЕХНИКА И ЕЛЕКТРОНИКА
ЗАПИС НА ЛЕКЦИЯТА
за студенти, обучаващи се по специалността
222000.62 Иновация,
260800.62 Продуктова технология и организация на храненето
Казан 2013 г
Кирсанов В.А. Електротехника и електроника: Лекции – Казан: Казански кооперативен институт (филиал) Руски университетсътрудничество, 2013. – 9 с.
Лекционни бележки за студенти, обучаващи се в специалност 222000.62 Иновации, 260800.62 Продуктова технология и организация на кетъринга, разработени в съответствие с учебна програма, одобрен от Академичния съвет на Руския университет за сътрудничество от 15 февруари 2013 г., протокол № 3 и работна програмаот 11.09.2013г., протокол No1.
© Казански кооперативен институт (филиал) на Руския университет за кооперация, 2013 г
© Кирсанов В.А., 2013
Лекция 1. Общи понятия и дефиниции на електрически вериги
електротехника и електроника – дисциплина, която съчетава знания за два взаимосвързани клона на науката и технологиите: електротехника и електроника. Комбинирането на двете дисциплини ни позволява да разберем по-добре тяхната връзка и по-компетентно да използваме физическите основи на електромагнитните явления, изучавани в електротехниката, и методите за изчисляване на електрически вериги при анализа и синтеза на електронни вериги, които използват както линейни, така и нелинейни електронни устройства и компоненти.
Електроинженерство – клон на науката и технологиите, свързани с получаването,
преобразуване и използване на електрическа енергия в практическата човешка дейност, обхващащи проблемите на използването на електромагнитни явления в различни индустрии и в ежедневието.
електроника - клон на науката и технологиите, свързан със създаването и описанието на физическите принципи на работа на нови електронни инструменти и устройства или електронни схеми, базирани на тях.
Цел на дисциплината:
Изучаване на основните закони и методи за изчисляване на линейни електрически и магнитни вериги;
Изучаване на методи за анализ и синтез на линейни и нелинейни електрически вериги;
Изучаване на принципите на работа на трансформатори, електрически машини с постоянно и променлив ток;
Изучаване на организацията на мрежовото захранване;
Проучване на методи за измерване и наблюдение на електрически сигнали;
Изучаване на принципите на действие на основните полупроводникови устройства и създадените на тяхна база основни електронни схеми;
Проучване на елементната база на съвременните компютри и други електронни устройства;
Изучаване на принципите на организация на линейни усилватели на електрически сигнали, включително операционни усилватели, и изучаване на областите на тяхното възможно приложение;
Изучаване на принципите на конструиране на захранващи устройства за съвременни електронни устройства.
Главна информация
Електрическа верига е набор от взаимосвързани елементи, компоненти или устройства, предназначени за преминаване на електрически ток в тях, процесите в които могат да бъдат описани с помощта на понятията електродвижеща сила (емф), електрически ток и електрическо напрежение.
Електрически ток (i или I) – насочено движение на носители на електрически заряд (които често са електрони). Има три вида ток: ток на проводимост, ток на изместване, ток на прехвърляне. Токът на проводимост се причинява от насочено, подредено движение на свободни носители на заряд (например електрони) под въздействието на електрическо поле вътре в проводника. Токът на изместване или поляризационният ток се наблюдава в диелектрика и се причинява от изместването един спрямо друг под въздействието на електрическото поле на свързани заряди с противоположен знак. Под въздействието на постоянно външно електрическо поле се наблюдава краткотраен ток на изместване. Но при променливо поле трябва да се вземе предвид токът на изместване. Транспортният ток или конвекционният ток се причинява от транспорта електрически зарядив свободно пространство от заредени частици или тела под въздействието на електрическо поле.
Количествена характеристика на електрическия ток е силата на тока - количеството електричество q, което протича през напречното сечение на проводника за единица време:
аз= q/t.
Ако зарядите се движат неравномерно в проводника, променящата се сила на тока може да се намери по формулата:
i = dq / dt.
Количеството електричество в системата SI се измерва в кулони (C), а токът се измерва в ампери (A).
Ампер е силата на постоянен ток, който, преминавайки през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и незначително кръгло напречно сечение, разположени на разстояние 1 m един от друг във вакуум, би създал между тези проводници сила, равна на 1 N/m.
Кулонът се определя като количеството електричество, протичащо през напречно сечение на проводник за 1 s при постоянен ток от 1 A.
За характеризиране на движението на електричество в дадена точка на повърхността се използва плътност на тока δ, която се определя по формулата:
δ = I/S,
където S е площта на напречното сечение на проводника.
Електрическо напрежение (u или U) – разликата в електрическия потенциал между избраните точки или количеството работа, която ще бъде извършена електрическо полечрез прехвърляне на един положителен заряд от една точка в друга.
Електрическият потенциал е числено равен на работата на полето при пренасяне на единичен положителен заряд от дадена точка в пространството до безкрайно отдалечена, чийто потенциал се приема за нула. Тъй като в една електрическа верига потенциалът на една от точките се приема за нула, електрическите напрежения обикновено представляват интерес, а не потенциалите.
1B=1J/1Coulomb
Източник на ЕДС – източник на напрежение в електрическата верига, чиято величина зависи малко от товара, избран в разумни граници; източник на електрическа енергия, който използва неелектрически сили на трета страна за генериране на външно напрежение. Пример: галваничен елемент, който преобразува химическата енергия в електрическа и генератор, който преобразува механичната енергия в електрическа.
Електрическа схема – метод за изобразяване на електрическа верига в равнина с помощта на условни графични обозначения̆ компоненти или елементи на електрическа верига. Веригата често се отнася до физическото изпълнение на електрическа верига.
Компонент, елемент - минимален, функционално и структурно завършен компонент на верига или верига. Компонентите включват захранвания, електрически двигатели, резистори, кондензатори и индуктори.
При анализиране на електрически вериги, като правило, се оценява стойността на токовете, напреженията и мощностите. В този случай не е необходимо да се взема предвид специфичното устройство на различни товари. Важно е да знаете само тяхното съпротивление - R, индуктивност - L или капацитет - C. Такива елементи на веригата се наричат приемници на електрическа енергия.
Обикновено се нарича зависимостта на тока, протичащ през приемник на електрическа енергия от напрежението в този приемник характеристика ток-напрежение (волт-амперна характеристика).
Наричат се приемници на електрическа енергия, чиито характеристики ток-напрежение са прави линии линеен.
Наричат се електрически вериги, които включват само линейни елементи линейни електрически вериги.
Наричат се електрически вериги, които включват поне един нелинеен елемент нелинейни електрически вериги.
Сигнал – физически процес, който носи информация или представлява интерес.
Електрически сигнал – сигнал във формата електрическо напрежениеили ток. Разграничете аналогови и цифрови (дискретни) сигнали.
Аналогов сигнал може да приеме всяка произволна стойност на напрежението или тока в рамките на даден допустим диапазон от минималната стойност до максималната.
Сензор – преобразувател на интересен физически процес и пренасяне на информация в електрически сигнал. Пример за сензор е термодвойка (сплав от два различни материала), която генерира изходно напрежение, пропорционално на температурата. Пример: Сензор на Хол, който трансформира стойността на магнитната индукция на външния магнитно полев emf, тоест в аналогов сигнал; термистор, превръщайки температурата на околната среда в съпротивление; тензодатчиккоито превръщат механичното налягане в съпротивление.
Цифров сигнал – представяне на цифрова информация под формата на ясно различими нива на напрежение. За представяне на двоична информация, в която са възможни само две стойности: 0 или 1, е достатъчно да се използват две ясно различими нива на напрежение. Има няколко начина за представяне на двоичен сигнал: потенциал, импулс и импулс-потенциал.
При потенциалметод на представяне, логическите състояния 0 и 1 са представени от две различни нива на напрежение. Например за транзисторно-транзисторни логически елементи (TTL):
Логическа единица е представена от напрежение U 1 ≥ 2.4V;
Логическата нула се представя с напрежение U 0 ≤ 0,4V.
При пулсПри представянето на двоична информация логическата единица съответства на наличието на импулс или поредица от импулси на изхода на даден елемент, а нулата – липсата на импулси.
Пулс – електрически сигнал, характеризиращ се с бърза промяна в нивото на напрежение или ток и който обикновено има тенденция да установи едно от двете възможни ограничения на напрежението или тока.
При импулсен потенциалПри представяне на информация и двата метода, предложени по-горе, се използват едновременно.
Логически елемент - най-малката функционално и структурно завършена част от компютър, която изпълнява някаква логическа функция. Сред основните логически функции те обикновено включват дизюнкция, конюнкция и отрицание.
Дизюнкция– функция (y) на двоични променливи (X1, X2, ..), която е равна на единица, когато поне една входна променлива е равна на единица. Функция за две променливи се записва по следния начин:
y=X1vX2.
Дизюнкцияреализиран с помощта на дизюнктор или елемент от тип NIOR, където N е броят на входовете към дизюнктора. С два входа имаме работа с елемента 2OR, чийто символ е предложен на фигурата:
Съчетание– такава функция (y) на двоични променливи (X1, X2, ..), която е равна на единица, когато всички входни променливи са равни на единица. Функция за две променливи се записва по следния начин:
y=X1&X2 или y=X1*X2.
Съчетаниесе реализира с помощта на конюнктор или елемент от тип NI, където N е броят на входовете на конюнктора. С два входа имаме работа с елемент 2I, чийто символ е предложен на фигурата:
Отрицание– такава функция (y) на двоичната променлива X, която е равна на единица, ако входната променлива е равна на нула и обратно.
Отрицаниесе реализира с помощта на инвертор или НЕ елемент, чийто символ е предложен на фигурата:
Символът за отрицание в символа е кръг на сигналната линия.
Магнитна верига са набор от устройства, съдържащи феромагнитни тела и образуващи затворена верига, в която при наличие на магнитодвижеща сила се образува магнитен поток и по протежение на който линиите на магнитна индукция са затворени.
Магнитодвижеща сила (mf) – характеристика на способността на източниците на магнитно поле (електрически токове) да създават магнитни потоци.
Лекция 2. Постояннотокови електрически вериги
Основни закони на DC вериги
Основните топологични концепции на теорията на електрическите вериги са разклонение, възел, верига, мрежа с два извода, мрежа с четири извода, графика на електрически вериги, дърво на графиката на веригата.Нека разгледаме някои от тях.
Клоннарича участък от електрическа верига със същия ток. Може да се състои от един или повече елементи, свързани последователно.
Възелнаречено кръстовище на два елемента. Съединението на три или повече клона се нарича сложен възел. Сложен възел е обозначен на диаграмата с точка. Комплексните възли с еднакъв потенциал се комбинират в един потенциален възел.
Контурнаречен затворен път, преминаващ през няколко клона и възли на електрическа верига.
Една верига се нарича независима, ако включва поне един клон, който не принадлежи към съседни вериги.
Двутерминална мрежанаречена част от електрическа верига с две специални клеми - полюси. Мрежата с два терминала се обозначава с правоъгълник с индекси "A" или "P". Индексът “A” се използва за обозначаване на активна двутерминална мрежа, която съдържа източници на E.M.F. Индексът "P" се използва за обозначаване на пасивна двутерминална мрежа.
Изчисляването и анализът на електрически вериги се извършва с помощта на закона на Ом, първия и втория закон на Кирхоф. Въз основа на тези закони се установява връзка между стойностите на токовете, напреженията, ЕМП на цялото електрическа веригаи неговите отделни участъци и параметрите на елементите, които изграждат тази верига.
Закон на Ом за участък от верига
Връзката между тока I, напрежението UR и съпротивлението R на участъка ab на електрическата верига (фиг. 1) се изразява чрез закона на Ом
В този случай U R = RI се нарича напрежение или спад на напрежението през резистор R, а I се нарича ток в резистор R.
При изчисляване на електрически вериги понякога е по-удобно да се използва не съпротивлението R, а обратната стойност на съпротивлението, т.е. електропроводимост:
В този случай законът на Ом за част от веригата ще бъде написан като:
Закон на Ом за пълна верига
Този закон определя връзката между емф E на източника на енергия с вътрешно съпротивление r 0 (фиг. 1), ток I на електрическата верига и общо еквивалентно съпротивление R E = r 0 + R на цялата верига:
I = E/R e = E/(r 0 +R)
Една сложна електрическа верига, като правило, съдържа няколко клона, които могат да включват свои собствени източници на енергия, и нейният режим на работа не може да бъде описан само от закона на Ом. В този случай използвайте Законите на Кирхоф , които са следствие от закона за запазване на енергията.
Първият закон на Кирхоф
Алгебричната сума на токовете, събиращи се във всеки възел, е равна на нула.
Когато пишете уравнения съгласно първия закон на Кирхоф, токовете, насочени към възел, се вземат със знак "плюс", а токовете, насочени от възела, се вземат със знак "минус".
I1-I2+I3-I4+I5=0
Брой уравнения, които могат да бъдат съставени въз основа на първи законравен на броя на възлите във веригата и само (U – 1) уравненията са независимиедин от друг. U– брой възли на веригата.
Вторият закон на Кирхоф
Алгебричната сума на паданията на напрежението в отделни секции на затворена верига, произволно избрана в сложна разклонена верига, е равна на алгебричната сума на ЕДС в тази верига.
Когато пишете уравнения според втория закон на Кирхоф, трябва:
1) задайте условни положителни посоки на ЕМП, токове и напрежения;
2) изберете посоката на обхождане на контура, за който е написано уравнението;
3) запишете уравнението и членовете, включени в уравнението, се вземат със знак "плюс", ако техните условни положителни посоки съвпадат с байпаса на веригата и със знак "минус", ако са противоположни.
д1 –
д2 +
д3 = I1R1 – I2R2 + I3R3 – I4R4
Броят на независимите уравнения според втория закон на Кирхоф е:
Методи за анализ на линейни постояннотокови електрически вериги
Реалните електрически устройства и системи имат сложни вериги. Специалистите са изправени пред задачата да изчислят техните параметри. Процесът на изчисляване на параметрите в теорията на електротехниката обикновено се нарича „анализ на веригата“. Електрическите вериги от всякаква сложност се подчиняват на законите на Ом и Кирхоф. Самото прилагане на тези закони обаче често води до ненужно сложни решения. Поради това са разработени редица методи за анализ, които са адаптирани към топологията на електрическите вериги и опростяват процеса на изчисляване на техните параметри.
Анализ на електрически вериги с помощта на законите на Кирхоф
При анализиране на електрически вериги стойността на токовете в техните клонове, спадът на напрежението в елементите или консумацията на енергия се определят въз основа на дадена стойност на E.M.F., както и стойностите на съпротивлението, проводимостта или други параметри въз основа на дадени стойности на ток или напрежение.
Същността на анализа на електрически вериги с помощта на законите на Кирхоф е да се състави система от независими линейни уравнения.
Според първия закон на Кирхоф се съставят (U - 1) уравнения, според втория закон B - (U-1) уравнения.
Анализ на електрически вериги по метода на еквивалентните трансформации
Когато електрическата верига включва само един източник на ЕМП, неговият ток се определя от общото съпротивление на пасивните приемници на електрическа енергия. Това съпротивление се нарича еквивалентно - Req. Очевидно, ако Req е известен, тогава веригата може да бъде представена като два последователно свързани елемента - източник на E.M.F. и Req и определянето на тока на източника се свежда до прилагане на закона на Ом. Процесът на преход от електрическа верига с произволна топология към верига с Req се нарича еквивалентна трансформация. Тази трансформация е в основата на разглеждания метод за анализ.
Техниките за преобразуване на електрическа верига се определят от методите за свързване на пасивни елементи. Има различни методи за свързване: последователна, паралелна, смесена верига, триъгълник и звезда.Нека разгледаме същността на еквивалентните трансформации за всеки от изброените методи.
Електрическа верига с последователно свързване на елементи
|
|
|
Последователно свързване е свързване на елементи на веригата, при което един и същ ток I възниква във всички елементи, включени във веригата (фиг. 2).
Въз основа на втория закон на Кирхоф, общото напрежение U на цялата верига е равно на сумата от напреженията в отделните секции:
U = U 1 + U 2 + U 3 или IR eq = IR 1 + IR 2 + IR 3,
откъде следва
R eq = R 1 + R 2 + R 3.
Така при последователно свързване на елементи на веригата общото еквивалентно съпротивление на веригата е равно на аритметичната сума на съпротивленията на отделните секции. Следователно, верига с произволен брой последователно свързани съпротивления може да бъде заменена с проста верига с едно еквивалентно съпротивление R eq (фиг. 3.). След това изчислението на веригата се свежда до определяне на тока I на цялата верига съгласно закона на Ом
и използвайки горните формули, изчислете спада на напрежението U 1 , U 2 , U 3 в съответните секции на електрическата верига (фиг. 2.).
Недостатъкът на последователното свързване на елементи е, че ако поне един елемент се повреди, работата на всички останали елементи на веригата спира.
Електрическа верига с паралелно свързване на елементи
Паралелна връзка е връзка, при която всички консуматори са включени във веригата електрическа енергия, са под същото напрежение (фиг. 4.).
В този случай те са свързани към два възела на веригата a и b и въз основа на първия закон на Кирхоф можем да запишем, че общият ток I на цялата верига е равен на алгебричната сума на токовете на отделните клонове:
I = I 1 + I 2 + I 3, т.е.
откъдето следва, че
.
От тази връзка следва, че еквивалентната проводимост на веригата е равна на аритметичната сума на проводимостта на отделните клонове:
g eq = g 1 + g 2 + g 3.
С увеличаване на броя на паралелно свързаните консуматори се увеличава проводимостта на веригата g eq и обратно, общото съпротивление R eq намалява.
Напрежения в електрическа верига с паралелно свързани съпротивления (фиг. 4)
U = IR eq = I 1 R 1 = I 2 R 2 = I 3 R 3.
Следва, че
тези. Токът във веригата се разпределя между успоредни клонове обратно пропорционално на тяхното съпротивление.
Съгласно паралелно свързана верига, консуматори с всякаква мощност, проектирани за същото напрежение, работят в номинален режим. Освен това включването или изключването на един или повече консуматори не оказва влияние върху работата на останалите. Следователно тази верига е основната верига за свързване на потребителите към източник на електрическа енергия.
Електрическа верига със смесено свързване на елементи
Смесена връзка е връзка, при която веригата съдържа групи от паралелно и последователно свързани съпротивления.
За веригата, показана на фиг. 5, изчисляването на еквивалентното съпротивление започва от края на веригата. За да опростим изчисленията, приемаме, че всички съпротивления в тази верига са еднакви: R 1 =R 2 =R 3 =R 4 =R 5 =R. Съпротивленията R 4 и R 5 са свързани паралелно, тогава съпротивлението на участъка на веригата cd е равно на:
.
В този случай оригиналната схема (фиг. 5) може да бъде представена по следния начин (фиг. 6):
В диаграмата (фиг. 6) съпротивлението R 3 и R cd са свързани последователно и тогава съпротивлението на секцията на веригата ad е равно на:
.
Тогава диаграмата (фиг. 6) може да бъде представена в съкратен вариант (фиг. 7):
В диаграмата (фиг. 7) съпротивлението R 2 и R ad са свързани паралелно, тогава съпротивлението на секцията ab е равно на
.
Веригата (фиг. 7) може да бъде представена в опростена версия (фиг. 8), където съпротивленията R 1 и R ab са свързани последователно.
Тогава еквивалентното съпротивление на оригиналната верига (фиг. 5) ще бъде равно на:
.
|
|
|
В резултат на трансформациите оригиналната схема (фиг. 5) се представя под формата на верига (фиг. 9) с едно съпротивление R екв. Изчисляването на токовете и напреженията за всички елементи на веригата може да се извърши съгласно законите на Ом и Кирхоф.
Същността на метода на еквивалентна трансформация:
1. Секциите на електрическата верига с последователно и паралелно свързани елементи се заменят с един еквивалентен елемент. Чрез последователни трансформации веригата се опростява до елементарен вид.
2. С помощта на закона на Ом се намира токът на опростена верига. Стойността му определя тока на клона, който е най-близък до източника на електромагнитно напрежение. (ток на първи клон). Това улеснява изчисляването на токовете на останалите клонове.
Моментна стойност;
Стойност на амплитудата;
Начална фаза;
Ефективна стойност;
Средна стойност;
Комплекс от ефективна или амплитудна стойност и др.
Моментна стойност
Моментна стойност на количеството а се записва като:
a = Am sin (ωt +ψ),
където Am е амплитудата (максималната стойност) на величината;
ω – ъглова честота, rad/s;
t – стойност на текущото време, s;
ψ – начална фаза.
Записваме моментните стойности на тока i, напрежението u или EMF във формата:
i=Im sin(ωt+ψi),
u=Um sin (ωt+ψu),
e=Em sin (ωt+ψe).
Аргументът синус (ωt +ψ) се извиква фаза. Ъгълът ψ е равен на фазата в началния момент t =0 и затова се нарича начална фаза.
Ъгловата честота ω е свързана с периода T и честотата f =1/T по формулите:
.Ефективната стойност на синусоидален ток често се нарича средна квадратична стойност или ефективна стойност.
Ефективните стойности на токовете и напреженията се показват от повечето електрически измервателни уреди (амперметри, волтметри).
Текущите стойности показват номиналните токове и напрежения в паспортите на различни електрически уреди и устройства.
Под средна стойностсинусоидален ток се разбира като неговата средна стойност за половин период:
По същия начин:
И 
Елементи на електрически вериги на синусоидален ток
Основни елементи на електрически вериги на синусоидален ток:
Източници на електрическа енергия (източници на ЕМП и източници на ток);
Съпротивителни елементи (резистори, реостати, нагревателни елементи и др.);
Капацитивни елементи (кондензатори);
Индуктивни елементи (индуктори).
Резистивен елемент
Според закона на Ом напрежението върху резистивния елемент е: u=i⋅R=R⋅Im sinωt=Um sinωt, където Um =R⋅Im и ток i=Im sinωt.
Това предполага:
1. Токът и напрежението в резистивен елемент са във фаза (промяна във фазата).
2. Законът на Ом важи и за двете амплитудни стойностй ток и напрежение: Um =R⋅Im, а за ефективни стойности на тока и напрежението: U=R⋅I.
Нека изразим моментната мощност p по отношение на моментните стойности на тока i и напрежението u:
p=u i =Um Im sinωt sinωt =U I (1−cos2ω).
Индуктивен елемент
Класически пример за индуктивен елемент е индуктор - жица, навита около изолационна рамка.
uL = ω⋅L⋅Im cosωt = Um sin(ωt+900),
където Um = ω⋅L⋅Im = XL⋅Im.
Величината XL =ω⋅L се нарича индуктивно съпротивление, се измерва в омове и зависи от честотата ω.
От тези изрази следва важен извод:
1.Токът в индуктивния елемент е извън фаза с напрежението от(900).
2. Индуктивен елемент осигурява съпротивление на синусоидален (променлив) ток, чийто модул X L = ω ⋅ L е право пропорционален на честотата.
3. Законът на Ом е изпълнен както за амплитудните стойности на тока и напрежението: Um =XL⋅Im, така и за ефективните стойности: U=XL⋅I.
Незабавна мощност:
p = u⋅i = Um cosωt⋅Im sinωt = U⋅I sin2ωt.
Моментната мощност на индуктивния елемент има само променлива компонента U⋅I sin2ωt, променяща се с двойна честота (2ω).
Силата периодично променя знака си: понякога положителен, понякога отрицателен. Това означава, че през някои четвърти периоди, когато p>0, енергията се съхранява в индуктивния елемент (под формата на енергия на магнитното поле), а през други четвърти периоди, когато p< 0 , энергия возвращается в электрическую цепь.
(Документ)
n1.doc
Кратък курс от лекции
по електротехника (кореспондентски отдел)
Въведение
Основни определения
1.1. Основни пояснения и термини
1.2. Елементи на пасивна еквивалентна схема
1.3. Елементи на активна еквивалентна схема
1.4. Основни дефиниции, свързани със схемите
1.5. Режими на работа на електрически вериги
1.6. Основни закони на електрическите вериги
Трансформации на еквивалентни схеми. Паралелно свързване на елементи на електрическата верига
2.1. Серийна връзкаелементи на електрически вериги
2.2. Паралелна връзкаелементи на електрически вериги
3.1. Изчисляване на постояннотокови електрически вериги
метод на коагулация от един източник
4.1. Метод на пряко приложение на законите на Кирхоф
4.2. Метод на контурен ток
4.3. Метод на възлов потенциал
Нелинейни постояннотокови електрически вериги
5.1. Основни определения
5.2. Графичен метод за изчисляване на нелинейни постояннотокови вериги
Електрически вериги на еднофазен променлив ток
6.1. Основни определения
6.2. Представяне на синусоидални времеви функции във векторна форма
6.3. Представяне на синусоидални времеви функции в комплексна форма
6.4. Съпротивление във верига със синусоидален ток
6.5. Индуктивна намотка във верига със синусоидален ток
6.6. Капацитет във верига със синусоидален ток
6.7. Серийно свързани реални индуктивни
намотка и кондензатор във верига със синусоидален ток
6.8. Паралелно свързани индуктивност, капацитет и
активно съпротивлениевъв верига със синусоидален ток
6.9. Резонансен режим във верига, състояща се от паралелни
включена истинска индуктивна намотка и кондензатор
6.10. Мощност във верига със синусоидален ток
Трифазни вериги
7.1. Основни определения
7.2. Звездна връзка. Схема, определения.
7.3. Триъгълна връзка. Схема, определения
7.5. Мощност в трифазни вериги
Магнитни вериги
9.1. Основни определения
9.2. Свойства на феромагнитните материали
9.3. Изчисляване на магнитни вериги
Трансформърс
10.1. Дизайн на трансформатор
10.2. Работа на трансформатора в режим на празен ход
10.3. Работа на трансформатора под товар
Електрически машини за постоянен ток
11.1. Проектиране на постояннотокова електрическа машина
11.2. Принцип на работа на машина за постоянен ток
11.3. Работа на постояннотокова електрическа машина
в генераторен режим
11.4. Генератори с независимо възбуждане.
Характеристики на генератора
11.5. Генератори със самовъзбуждане.
Принципът на самовъзбуждане на генератор с паралелно възбуждане
11.6. Работа на постояннотокова електрическа машина
в режим двигател. Основни уравнения
11.7. Механични характеристики на електродвигателите
постоянен ток
AC електрически машини
12.1. Въртящо се магнитно поле
12.2. Асинхронни двигатели. Дизайн, принцип на действие
12.3. Въртящ момент на асинхронен двигател
12.4. Регулиране на скоростта асинхронни двигатели.
Реверсиране на асинхронен двигател
12.5. Монофазни асинхронни двигатели
12.6. Синхронни двигатели.
Дизайн, принцип на действие
Въведение
Електротехниката е клон на науката и технологиите, свързан с използването на електрически и магнитни явления за преобразуване на енергия, обработка на материали, предаване на информация и др.Електротехниката обхваща въпросите за получаване, преобразуване и използване на електроенергия в практическата човешка дейност. Електричеството може да бъде получено в значителни количества, предадено на разстояние и лесно преобразувано в други видове енергия.
Кратък курс от лекции предоставя основни дефиниции и топологични параметри на електрически вериги, очертава методите за изчисляване на линейни и нелинейни DC и AC вериги, анализ и изчисляване на магнитни вериги.
Разгледани са конструкцията, принципът на действие и характеристиките на трансформатори и електрически машини за постоянен и променлив ток, както и информационни електрически машини.
1. Основни определения
1.1. Основни пояснения и термини
Електротехниката е област на науката и технологиите, която изучава електрически и магнитни явления и тяхното използване за практически цели.Електрическа верига е набор от устройства, предназначени да произвеждат, предават, трансформират и използват електрически ток.
Всички електрически устройства според тяхното предназначение, принцип на работа и конструкция могат да бъдат разделени на три групи:
Източници на енергия, т.е. устройства, които произвеждат електрически ток (генератори, термоелементи, фотоклетки, химически елементи).
Приемници, или товар, т.е. устройства, които консумират електрически ток (електродвигатели, електрически лампи, електрически механизми и др.).
Проводници, както и различно комутационно оборудване (превключватели, релета, контактори и др.).
Нарича се електрически ток, чиято величина и посока не остават постоянни променливи токов удар Стойността на променливия ток в разглеждания момент се нарича моментна и се обозначава с малката буква i.
За да работи една електрическа верига, е необходимо да има източници на енергия.
Има активни и пасивни вериги, секции и елементи на вериги. Активни са електрически вериги, съдържащи източници на енергия, пасивни са електрически вериги, които не съдържат източници на енергия.
Електрическа верига се нарича линейна, ако нито един параметър на веригата не зависи от величината или посоката на тока или напрежението.
Една електрическа верига е нелинейна, ако съдържа поне един нелинеен елемент. Параметрите на нелинейните елементи зависят от големината или посоката на тока или напрежението.
Електрическата диаграма е графично представяне на електрическа верига, която включва символиустройства и показва връзката на тези устройства. На фиг. 1.1 е показано електрическа схемаверига, състояща се от източник на енергия, електрически лампи 1 и 2 и електрически двигател 3.
Ориз. 1.1
За улесняване на анализа електрическата верига се заменя с еквивалентна верига.
Схема за заместване
е графично представяне на електрическа верига, използваща идеални елементи, чиито параметри са параметрите на заменените елементи.
Фигура 1.2 показва еквивалентната схема.
Ориз. 1.2
