Электротехника, основы электроники

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 3
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

В.В. ЛОПАТИН

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

 

Уфа

2011

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.П. Лопатин

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

 

 

Учебное пособие

Уфа

2011

УДК 621.3 (07)

ББК 31.2я7

Л 77

 

Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ

 

Рецензенты:

Декан энергетического факультета БГАУ, доктор технических наук,

профессор Р.С. Аипов

Доктор технических наук, проф. кафедры теоретической электротехники УГАТУ А.И. Заико

 

Лопатин В.П.

 

Л 77 Электротехника, основы электроники и электрооборудование:

учеб. пособие. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011.- 156c.

 

ISBN 978-5-7831-1004-7

Учебное пособие предназначено для студентов заочной формы обучения по направлению «Нефтегазовое дело» при изучении дисциплины «Общая электротехника и электроника».

В нём рассмотрены свойства электрических цепей постоянного и переменного тока, приведены методы расчёта и анализа цепей с примерами, рассмотрены конструкции и принципы работы электрических машин, регулируемые электроприводы на базе машин постоянного и переменного тока, используемые в нефтяной и газовой отраслях. В разделе « Основы электроники» приведены сведения о современных фотоэлектрических и полупроводниковых преобразовательных устройствах. В разделе «Электрооборудование» приведены особенности электрооборудования и электроприводов станков-качалок, бесштанговых установок добычи нефти с ЭЦН, буровых установок и др. Пособие может быть использовано для студентов других направлений неэлектрических специальностей заочной и очной форм обучения в качестве дополнительной литературы.

 

ISBN 978-5-7831-1004-7

УДК 621.3(07)

ББК 31.2я7

© Уфимский государственный нефтяной

технический университет, 2011

© Лопатин В.П., 2011

 

 

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

 

Предысторией электротехники можно считать период до XVII в. К этому времени были обнаружены некоторые электрические и магнитные явления, в мореплавании успешно применялся магнитный компас, но природа большинства явлений оставалась неизвестной.

Началом истории электротехники следует считать XVII в., когда появились первые исследования электрических и магнитных явлений, в конце XVIII в. был создан первый электрохимический генератор Вольта (Италия), а в начале XIX в.- большая гальваническая батарея Петрова (Россия).

Ко второму этапу развития электротехники следует отнести первую половину XIX в. В этот период усилия ученых были направлены на раскрытие сущности электромагнитных явлений. Быстро развивались теория и практика электрохимических процессов, на базе которых Фарадеем был открыт закон электролиза. Изучение теплового действия тока привело к открытию закона Джоуля - Ленца. В этот же период изучалась связь между электрическими и магнитными явлениями: Ампер (Франция) обосновал закон взаимодействия токов, Ом (Германия) сформулировал закон, устанавливающий связь между током, напряжением и сопротивлением, Фарадей (Англия) в 1831 г. установил явление электромагнитной индукции, Ленц (Россия) в 1833 г. предложил правило определения направления индуцированного тока, Кирхгоф (Германия) в 1845г. сформулировал два закона, на основе которых производятся расчеты электрических цепей.

Третий этап охватывает вторую половину XIX в. В это время была опубликована теоретическая работа Максвелла (Англия), разработавшего теорию электромагнетизма (1873 г.), были изобретены и разработаны основы теории электрических машин, трансформаторов и электрических аппаратов.

Четвертый современный этап характеризуется повсеместным применением электроэнергии в различных областях народного хозяйства, решением проблемы энергосбережения, применением регулируемых электроприводов, а также разработкой и совершенствованием альтернативных источников с использованием возобновляемой энергии ветра, солнца, геотермальных источников и т.п.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Электрический ток ( I ) – это направленное движение свободных носителей электрического заряда. В металлах свободными носителями заряда являются электроны, в плазме, электролите - ионы. Единица измерения силы тока – Ампер (А). Условно за положительное направление тока во внешней цепи принимают направление от положительно заряженного электрода (+) к отрицательно заряженному (-). Если направление тока в ветви неизвестно, то его выбирают произвольно. Если в результате расчета режима цепи, ток будет иметь отрицательное значение, то действительное направление тока противоположно произвольно выбранному.

Электрическое напряжение ( U ) – это характеристика работы сил поля по переносу электрических зарядов через внешние элементы цепи. При этом электрическая энергия преобразуется в другие виды. Единица измерения – Вольт (В). За положительное направление напряжения приемника принимают направление, совпадающее с выбранным положительным направлением тока. В электрических цепях и энергетических системах напряжение может иметь значения в пределах от нескольких вольт до сотен тысяч вольт.

Электродвижущая сила Е (ЭДС) характеризует способность индуцированного (стороннего) поля вызывать электрический ток. Единица измерения – Вольт (В).

Напряженность электрического поля – векторная величина, определяющая силу, с которой поле действует на заряженную частицу. Единица измерения – вольт на метр (В/м).

Источник ЭДС характеризуется двумя параметрами: значениями ЭДС (Е) и внутреннего сопротивления (RВТ). Источник ЭДС имеет следующее графическое изображение:

 

 

Источник ЭДС, внутренним сопротивлением которого можно пренебречь, называют идеальным источником. Реальный источник ЭДС имеет определенное значение внутреннего сопротивления, иногда его показывают в виде отдельного элемента. У источника ЭДС внутреннее сопротивление значительно меньше сопротивления нагрузки (RН) и электрический ток в цепи зависит главным образом от величины ЭДС и сопротивления нагрузки.

 

 

Зависимость между напряжением на зажимах ab источника и его ЭДС имеет вид

Uab = E – RвтI (для реального источника ЭДС).

 

При отключенной нагрузке (режим холостого хода I = 0) и для идеального источника ЭДС (Rвт = 0) напряжение Uab на зажимах источника равно ЭДС:

 

Uab = Е.

 

Вольт–амперная характеристика источника ЭДС имеет вид

 

Электрическое сопротивление R – это величина, характеризующая противодействие проводящей среды движению свободных электрических зарядов (току). На преодоление этого противодействия затрачивается энергия, которая преобразуется в тепло. Единица измерения сопротивления – Ом. Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью G. Единица измерения – сименс (См).