Курахтина Г.С.

К93 Общая электротехника: Учебное пособие. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2007. – 144 с.

ISBN 978–5–328–00157–1

Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями к обязатель-ному минимуму содержания дисциплины «Общая электротехника», входящей в основную образовательную программу подготовки специалистов по техниче-ским специальностям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Пособие содержит необходимую информацию для изучения студентами и курсантами теоретических и практических вопросов по общей электротехнике.

УДК 621.3(075.8) ББК 31.2я72

ISBN 978–5–328–00157–1 © КамчатГТУ, 2007

© Курахтина Г.С., 2007

Оглавление

Введение ................................................................................................................................. 6 Глава 1. Электростатика и постоянный ток ........................................................................ 8 1.1. Общие понятия ........................................................................................................ 8 1.1.1. Электромагнитное поле ....................................................................................... 8 1.1.2. Электрическое поле ............................................................................................. 9

1.1.3. Магнитное поле .................................................................................................... 10 1.2. Электростатика ........................................................................................................ 10 1.2.1. Электрическое поле ............................................................................................. 10 1.2.2. Электронная теория строения вещества ............................................................ 10 1.2.3. Закон Кулона ........................................................................................................ 11 1.2.4.Характерные свойства электростатического поля ............................................. 12 1.2.5. Напряженность электрического поля ................................................................ 12 1.2.6. Линии электрического поля ................................................................................ 13 1.2.7. Потенциал точки поля ......................................................................................... 14 1.2.8. Напряжение между двумя точками поля. .......................................................... 14 1.2.9. Связь между напряжением и напряженностью электрического поля. ........... 15 1.2.10. Проводник в электрическом поле .................................................................... 16 1.2.11. Диэлектрик в электрическом поле ................................................................... 17 1.2.12. Токи смещения и проводимости ...................................................................... 19 1.2.13. Электрическая емкость ...................................................................................... 19 1.2.14. Параллельное соединение конденсаторов ....................................................... 20 1.2.15. Последовательное соединение конденсаторов ............................................... 21 1.2.16. Расчет батарей при смешанном соединении конденсаторов ......................... 23 1.2.17. Энергия поля конденсатора .............................................................................. 25 1.2.18. Электрический ток (ток проводимости) .......................................................... 25 1.2.19. Постоянный ток .................................................................................................. 26 1.2.20. Электрическая цепь ........................................................................................... 26 1.2.21. Источник электромагнитного поля .................................................................. 27 1.2.22. Электродвижущая сила источника. Напряжение источника ......................... 28 1.2.23. Проводимость проводника. Сопротивление проводника. ............................ 29 1.2.24. Закон Ома ............................................................................................................ 30 1.2.25. Работа и мощность электромагнитного поля .................................................. 31 1.2.26. Зависимость напряжения источника от тока нагрузки .................................. 32 1.2.27. Режимы работы источника ................................................................................ 32 1.2.28. Максимальная мощность источника ................................................................ 33 1.2.29. Последовательное соединение в электрической цепи ................................... 34 1.2.30. Первый закон Кирхгофа .................................................................................... 34 1.2.31. Параллельное соединение в электрической цепи ........................................... 35 1.2.32. Еще раз о напряжении ....................................................................................... 36 1.2.33. Смешанное соединение в электрической цепи ............................................... 39 1.2.34. Второй тип задачи .............................................................................................. 42 1.2.35. Анализ электрической схемы ........................................................................... 43 1.2.36. Второй закон Кирхгофа ..................................................................................... 44 Практические задания .................................................................................................. 46

Глава 2. Однофазный и трехфазный токи ........................................................................... 54 2.1. Переменный ток ...................................................................................................... 54 2.1.1. Общие понятия и определения ........................................................................... 54 2.1.2. Векторное изображение синусоидальных величин .......................................... 56 2.1.3. Электрическое сопротивление ............................................................................ 57 2.1.4. Индуктивное сопротивление .............................................................................. 58

2.1.5. Емкостное сопротивление .................................................................................. 58 2.1.6. Цепь переменного тока только с активным сопротивлением ......................... 59 2.1.7. Цепь переменного тока только с индуктивностью .......................................... 59 2.1.8. Мгновенная мощность в цепи только с индуктивностью ............................... 61 2.1.9. Последовательное соединение активного

сопротивления и индуктивности ................................................................................. 59 2.1.10. Последовательное соединение нескольких

разнородных сопротивлений. ...................................................................................... 60 2.1.11. Цепь переменного тока только с емкостью .................................................... 61 2.1.12. Последовательное соединение активного сопротивления и емкости .......... 63 2.1.13. Последовательное соединение активного сопротивления,

индуктивности и емкости ............................................................................................. 64 2.1.14. Физическая сущность явлений, возникающих при резонансе ...................... 66 2.1.15. Получение резонанса напряжений................................................................... 67 2.1.16. Треугольник токов ............................................................................................. 68 2.1.17. Проводимости в цепях переменного тока ....................................................... 69 2.1.18. Резонанс токов ................................................................................................... 70 2.1.19. Резонанс токов в идеальном контуре .............................................................. 71 2.1.20. Резонанс токов в реальном контуре................................................................. 72 2.1.21. Резонансное сопротивление контура ............................................................... 73 2.1.22. Влияние коэффициента мощности (cos j) на использование

мощности источника электрической энергии (генератора, трансформатора) ........ 74 2.2. Трехфазный ток ...................................................................................................... 76 2.2.1. Общие понятия .................................................................................................... 74 2.2.2. Трехфазный генератор. Трехфазная ЭДС ......................................................... 77 2.2.3. Несвязанная трехфазная система ....................................................................... 78 2.2.4. Четырехпроводная трехфазная система ............................................................ 78 2.2.5. Свойства четырехпроводной трехфазной системы («звезда – звезда»

с нулевым проводом) ................................................................................................... 79 2.2.6. Соединение потребителей треугольником ....................................................... 81 2.2.7. Ненормальные режимы работы системы при соединении

потребителей треугольником ....................................................................................... 82 2.2.8. Соединение источников энергии звездой и треугольником ........................... 82 2.2.9. Вращающееся магнитное поле трехфазного тока ............................................ 82 Практические задания ................................................................................................... 83 Глава 3. Электромагнетизм и магнитная индукция ........................................................... 95 3.1. Электромагнетизм .................................................................................................. 95 3.1.1. Магнитное поле. Магнитная индукция ............................................................. 95 3.1.2. Магнитные линии. Магнитный поток ............................................................... 95

3.1.3. Магнитное поле проводника с током. Взаимодействие проводников

с током. Действие магнитного поля на проводник с током ...................................... 96 3.1.4. Магнитная проницаемость ................................................................................. 98 3.1.5. Напряженность магнитного поля....................................................................... 100 3.1.6. Закон полного тока .............................................................................................. 100 3.1.7. Магнитное поле тороида (кольцевой катушки) ............................................... 101 3.1.8. Кривые намагничивания железа ........................................................................ 102 3.1.9. Гистерезис. Петля гистерезиса ........................................................................... 103 3.1.10. Магнитная цепь. Расчет магнитной цепи ........................................................ 104 3.1.11. Электромагниты ................................................................................................ 106 3.2. Электромагнитная индукция ................................................................................. 107 3.2.1. Общий закон электромагнитной индукции ...................................................... 107 3.2.2. Явление самоиндукции. Индуктивность цепи ................................................. 109

3.2.3. Индуктивность катушки с железным сердечником .......................................... 110 3.2.4. Энергия магнитного поля .................................................................................... 111 3.2.5. Явление взаимоиндукции .................................................................................... 111 3.2.6. Индукционные вихревые токи ............................................................................ 113 Практические задания ................................................................................................... 114 Глава 4. Электрические измерения ...................................................................................... 120 4.1. Общие сведения ...................................................................................................... 120

4.2. Системы электроизмерительных приборов .......................................................... 122 4.3. Маркировка электроизмерительных приборов .................................................... 122 4.4. Требования, предъявляемые к измерительному прибору ................................... 123 4.5. Общее устройство, детали и узлы электроизмерительных приборов ............... 123 4.6. Приборы магнитоэлектрической системы ........................................................... 125 4.7. Приборы электромагнитной системы ................................................................... 126 4.8. Приборы электродинамической системы ............................................................. 127 4.9. Ферродинамические приборы ............................................................................... 128 4.10. Приборы индукционной системы ....................................................................... 129 4.11. Термоэлектрические приборы ............................................................................. 130 4.12. Выпрямительные приборы ................................................................................... 130 4.13. Приборы электростатической системы .............................................................. 131 4.14. Вибрационные приборы ....................................................................................... 131 4.15. Логометры.............................................................................................................. 132 4.16. Измерение токов и напряжений .......................................................................... 133 4.17. Измерение мощности в цепях постоянного

и однофазного переменного токов ............................................................................... 134 4.18. Измерение мощности в цепях трехфазного тока ............................................... 136 4.19. Измерение энергии в цепях переменного тока .................................................. 136 4.20. Измерение сопротивлений ................................................................................... 137 4.21. Измерение сопротивлений методом амперметра и вольтметра ....................... 138 4.22. Измерение сопротивлений омметром ................................................................. 138 4.23. Мегомметры .......................................................................................................... 139 4.24. Измерение сопротивлений, емкостей

и индуктивностей методом Уитстона. ......................................................................... 140 4.25. Цифровые измерительные приборы ................................................................... 140 Практические задания ................................................................................................... 143 Литература ...................................................................................................................... 144