Настоящая книга является учебником по электротехнике для техникумов неэлектротехнических специальностей.
Седьмое издание учебника переработано в соответствии с программой по общей электротехнике для неэлектротехнических техникумов.
В связи с тем, что партией и правительством уделяется большое внимание внедрению автоматики во все отрасли народного хозяйства, в книгу включены две новые главы: «Электрические машины автоматических устройств» и «Основы электроавтоматики», изложенные в доступной форме и дающие учащимся базу для более углубленного изучения специальных курсов автоматизации производственных процессов. Значительному обновлению подверглись главы книги: «Электромагнетизм», «Электрические измерения и приборы», «Промышленная электроника» и др.
Авторы выражают благодарность доценту, канд. техн. наук Б. Я. Жуховицкому за большую работу, выполненную им при редактировании учебника.
Авторы просят читателей, направлять критические замечания по поводу настоящего издания книги в издательство «Энергия» по адресу: Москва, Ж-Н4, Шлюзовая .набережная, д. 10.
Авторы
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Предисловие....................... 3
Введение ......................... 11
Глава первая. Электрическое поле
J-1. Основные понятия.................. 15
-2. Напряженность электрического поля......... 16
-3. Линии напряженности электрического поля...... 17
-4. Электрическое напряжение. Потенциал........ 18
-5. Электропроводность вещества............. 20
-6. Проводники ....................., 21
-7. Диэлектрики..................... 21
-8. Полупроводники................... 22
-9. Конденсаторы. Электрическая емкость......... 23
1-10. Плоский конденсатор................. 24
1-11. Последовательное и параллельное соединения конденсаторов........ .................. 27
Глава вторая. Электрическая цепь постоянного тока
2-1. Электрическая цепь.................... 29
2-2. Электрический ток .................. 32
2-3. Электрический ток в электролитах.......... 33
2-4. Источники питания.................. 34
2-5. Работа и мощность электрического тока ......... 39
2-6. Единицы измерения работы и мощности....., . . 42
2-7. Закон Ома...................... 43
2-8. Электрическое сопротивление ............. 44
2-9. Зависимость электрического сопротивления от температуры......................... 47
2-10. Измерение температуры проводов........... 49
2-11. Закон Ома для электрической цепи......... . 50
2-12. Преобразование электрической энергии в тепловую . ., 50
2-13. Предельно допускаемый ток в проводе ......... 52
2-14. Короткое замыкание в электрической цепи...... 53
2-15. Первое правило Кирхгофа . . ............ 54
2-16. Последовательное соединение сопротивлений..... 55
2-17. Параллельное соединение сопротивлений.......s 56
2-18чСмешанное соединение сопротивлений.........; 59
^ТЭ./Электрическая цепь с двумя источниками питания . . ',. 60
2-50~. Второе правило Кирхгофа............... 63
4
Стр.
2-21. Расчет электрической цепи методом узловых и контурных уравнений.................... 61
2-22. Соединение источников питания............ 66
2-23. Потеря напряжения в проводах ............. 68
2-24. Лабораторная работа. Потеря напряжения в проводах ., 70
Глава третья. Электромагнетизм
3-1. Магнитное поле электрического тока......... 71
3-2. Магнитная индукция................., 71
3-3. Линии магнитной индукции .;............. 74
3-4. Магнитный поток . ... . . •.;.....,...•..•. . . . • J5
3-5. Электромагнитная сила . . . .;.; . . . . . i. . . . ... 76
3-6. Работа электромагнитных сил . . . .... . . . . .; 77
3-7. Контур с током в магнитном поле .•.'.,......• • •• • 73
j 3-8. Электромагнитная сила, действующая на движущуюся
в магнитном поле заряженную частицу.......• 73
3-9. Электромагнитные силы, действующие на параллельные
провода с токами.................. 79
3-10. Магнитная проницаемость..............; 81
3-11. Напряженность магнитного поля........... 82
3-12. Намагничивающая сила ...............; 83
3-13. Закон полного тока..................: 84
3-14. Магнитное поле катушки с током........... 84
3-15. Магнитное поле цилиндрической катушки....... 86
3-16. Ферромагнетики ...................; ^7
3-17. Магнитный гистерезис................ S9
3-18. Магнитная цепь................... 90
3-19. Электромагниты ...!................ 93
3-20. Электромагнитная индукция .....-...._....; 94
3-21. Электродвижущая сила в контуре......". . . . 96 ;
3-22. Закон Ленца .......,,............... 98 ,
3-23. Потокосцепление . . . ................i 100
3-24. Преобразование механической энергии в электрическую 100
3-25. Преобразование электрической энергии в механическую 102
3-26. Вихревые токи ....................., 104
3-27. Индуктивность ...... . . . .,...........i 105
3-28. Электродвижущая сила самоиндукции........., Ю7
3-29. Энергия магнитного поля...............i 108
Глава четвертая. Переменные электрические токи
4-1. Период и частота переменного тока..........j 109
I 4-2. Получение переменных э. д. с...........• •] Ш
4-3. Многополюсные генераторы переменного тока.....\ 113
4-4. Фаза и сдвиг фаз.................j..° 114
• 4-5. Графическое изображение синусоидальных величин .... 117
; 4-6. Сложение синусоидальных величин..........i 118
! 4-7. Действующие значения тока и напряжения .......i 119
4-8. Переменный ток в цепи с сопротивлением.......j 121
• 4-9. Переменный ток в цепи с индуктивностью ........ 12-3
14-10. Переменный ток в цепи с емкостью . ..>..... -i 127
[4-11. Переменный ток в цепи с активным сопротивлением и
' индуктивностью . ...,.j. i. . ............. 130
; Стр. / 4-12. Неразветвленная цепь переменного тока с активными и
индуктивными сопротивлениями............ 136
I 4*-13. Выбор сечения проводов в цепи переменного тока . . . 138 ' 4-14. Разветвленная цепь с активными и индуктивными сопротивлениями.................... 140
;:4-15. Резонанс напряжений................ 143
}!4-16. Резонанс токоз.................... 146
!| 4-17. Коэффициент мощности и его значение........ 149
!| 4-18. Активная и реактивная энергия . . .......... 150
f! 4-19. Лабораторная работа. Цепь переменного тока, обладаю-II щая активным сопротивлением, индуктивностью и ем-
\э«— КОСТЬЮ........................ 152
4-20. Лабораторная работа. Параллельное соединение катушки и конденсатора. Повышение cos
^- Глава пятая. Трехфазный ток
/ 5-1. Получение трехфазного тока.........- . . . . 154
I 5-2. Соединение обмоток генератора звездой....... 1о7
| 5-3. Соединение обмоток генератора треугольником .... 160
| 5-4. Соединение приемников энергии звездой........ 161
\ 5-5. Соединение приемников энергии треугольником .... 165 \. 5-6. Включение электрических ламп и электродвигателей в
цепь трехфазного тока................ 170
5-7. Лабораторная работа. Четырехпроводная цепь трехфазного тока ...................... 171
5-8. Лабораторная работа. Трехпроводная цепь трехфазного
тока......................... 172
Глава шестая. Электрические измерения и приборы
6-1. Основные понятия.................. 173
6-2. Классификация электроизмерительных приборов .... 174
6-3. Измерительные механизмы приборов......... 178
6-4. Измерение тока ................... 183
6-5. Измерение напряжения...............•• 192
6-6. Измерение мощности . :............... 196
6-7. Измерение энергии в цепях однофазного и трехфазного
тока ......................... 202
6-8. Измерение сопротивлений .............. 206
6-9. Измерение иеэлектрических величин электрическими методами ........................ 213
6-10, Лабораторная работа. Измерение сопротивления изоляции ......................... 228
6-11. Лабораторная работа. Поверка индукционного счетчика 229 6-12. Лабораторная работа. Измерение мощности в цепи трехфазного тока .................... 230
6-13. Лабораторная работа. Градуировка термоэлектрического
пирометра и применение его для измерения температур 232
Глава седьмая. Электрические машины постоянного тока
7-1. Назначение машин постоянного тока......... 234
7-2. Устройство и принцип работы машины постоянного тока 234
7-3. Основные части машины постоянного тока . . . ...... 238
Стз.
7-4. Обмотка якоря . ..••-... ............. 240
7-5. Электродвижущая сила, наводимая в обмотке якоря . 242
7-6. Вращающий момент и мощность........... 244
7-7. Реакция якоря...................... 245
7-8. Коммутация тока................... 247
7-9. Типы генераторов постоянного тока..........: 250
7-10. Генератор с независимым возбуждением....... 252
7-П. Генератор с параллельным возбуждением ....... 254
7-12. Генератор с последовательным возбуждением..... 256
7-13. Генератор со смешанным возбуждением........ 257
7-14. Параллельная работа генераторов.......... 258
7-15. Электродвигатели постоянного тока......... 260
7-16. Электродвигатель с параллельным возбуждением .... 263
7-17. Электродвигатель с последовательным возбуждением . 266
7-18. Электродвигатель со смешанным возбуждением .... 268
7-19. Потери и коэффициент полезного действия....... 269
7-20. Сварочные генераторы................ 271
7-21. Трехщеточны'й генератор для освещения и зарядки аккумуляторных батарей автомашин . . . .'......., 272
7-22. Электромашинный усилитель.............'• 273
7-23. Схема генератор—электродвигатель для широкого регу-
- о -^Рования скорости электродвигателя........., 274
/-24. Лабораторная работа. Электродвигатель с параллельным
возбуждением.................... 275
7-25. Лабораторная работа. Генератор с параллельным возбуждением...................... 277
Глава восьмая. Трансформаторы
8-1. Общие понятия ................... 278
8-2. Устройство трансформатора.............. 280
8-3. Режим холостого хода трансформатора........ 283
8-4. Работа нагруженного трансформатора........ 286
8-5. Потери в трансформаторе и их определение...... 287
8-6. Коэффициент полезного действия трансформатора ... 289
8-7. Трехфазный трансформатор.............. 290
8-8. Параллельная работа трансформаторов........ 291
8-9. Регулирование напряжения трансформатора ..... 292
8-10. Автотрансформаторы ................ 293
8-11. Измерительные трансформаторы ........... 294
8-12. Многообмоточные трансформаторы.......... 298
8-13. Трансформаторы для сварки............. 298
8-14. Газосветные трансформаторы ............ 209
8-15. Лабораторная работа. Однофазный трансформатор . . 299
Глава девятая. Электрические машины переменного тока
А. Асинхронные электродвигатели
9-1. Общие понятия ................... 300
9-2. Устройство асинхронного электродвигателя...... 300
9-3. Вращающийся магнитный поток.......... . 303
/'ЭН. Принцип действия асинхронного электродвигателя . . . 305
( 9-5, Скольжение ротора .. ...,;.,........... 307
Стр.
9-6. Частота э. д. с. и тока в обмотке ротора ....... 307
9-7. Электродвижущие силы, наводимые в обмотках статора
и ротора........................ 308
Ф^ Сопротивления в цепи ротора............. 309
9^9. Ток в обмотке ротора................ 309
9-10. Рабочий процесс асинхронного электродвигателя . . • 310
9-11. Вращающий момент................. 311
9-12. Зависимость вращающего момента от скольжения . . 313 9-13. Зависимость вращающего момента от соотношения меж-
ду сопротивлениями ротора ............. 314
(ТР14т-Пуск в ход короткозамкнутых электродвигателей . . . 316 »«-15^Г1уск в ход асинхронного электродвигателя с фазным
ротором ....................... 318
9-16. Электродвигатель с двумя короткозамкнутымн обмотками на роторе................... 319
9-17. Электродвигатель с глубоким пазом......... 320
9-18. Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя ..................... 322
9-19. Двухфазный асинхронный электродвигатель..... 324
JJ-3(X Однофазный асинхронный электродвигатель ..... 326
(9-2р Способы улучшения коэффициента мощности сетей, питающих асинхронные электродвигатели........ 330
9-22. Потери и к. п. д. асинхронного электродвигателя .... 331
Б. Синхронные машины
9-23. Назначение синхронных машин..........<.•., 332
9-24. Принцип действия и основные части синхронной машины 333
9-25. Рабочий режим синхронного генератора........ 335
9-26. Включение синхронных генераторов на параллельную
работу........................ 338
9-27. Параллельная работа синхронных генераторов при изменении тока возбуждения .............. 340
9-28. Параллельная работа генераторов при изменении момента на валу.................... 341
9-29. Синхронный электродвигатель ............, 342
9-30. Уход за электрическими машинами.......... 343
9-31. Лабораторная работа. Трехфазный асинхронный электродвигатель..................... 348
Глава десятая. Электрические машины автоматических устройств
10-1. Введение . . ..................... 348
10-2. Исполнительные электродвигатели .......... 349
а) Исполнительный электродвигатель постоянного тока
с независимым возбуждением........... 350
б) Исполнительный электродвигатель переменного тока 354 10-3. Тахогенераторы ................... 357
а) Тахогенераторы постоянного тока........ 358
б) Асинхронный тахогенератор переменного тока с полым ротором....................: 359
10-4. Поворотные трансформаторы ..... . ........_•, 361
о
Стр.
10-5. Синхронные реактивные электродвигатели для синхронной связи ...................... 365
а) Импульсный реактивный электродвигатель с сосредоточенными обмотками статора -........... 366
б) Редукторный реактивный электродвигатель .... 368
в) Гистерезионый электродвигатель.......... 369
10-6. Асинхронные машины для синхронной связи..... 370
а) Контактные сельсины............... 371
б) Бесконтактные сельсины............... 373
10-7. Электрическая синхронная передача.......... 375
Г л а.в.а одиннадцатая. Промышленная электроника
11-1. Классификация электронных приборов и их назначение 376
11-2. Электронные выпрямители малой мощности. Фильтры 377
11-3. Электрический ток в газах............. 383
11-4. Ионные вентили средней мощности......... 387
11-5. Электрическая проводимость полупроводников .... 392 11-6. Полупроводниковые выпрямители средней и малой
мощности...................... 394
11-7. Ртутные выпрямители, выпрямители большой мощности 400
11-8. Игнитрон .:..................... 406
11-9. Инвертор .'.'•.................... 406
11-10. Трехэлектродная лампа............... 408
11-11. Электронные усилители............... 410
11-12. Полупроводниковые усилители ........... 415
11-13. Ламповый генератор ................ 417
11-14. Электронно-лучевая трубка........., . . . 421
11-15. Электронный осциллограф ............. 423
11-16. Фотоэлементы, фотореле и фотосопротивления . ... .. 425
11-17. Термосопротивления . ............j. . . . . 429
11-18. Лабораторная работа. Полупроводниковые выпрямители л ....................;..... 432
11-19. Лабораторная работа. Электронный осциллограф . . 433
Глава двенадцатая. Электропривод и аппаратура управления
12-1. Общие понятия................... 438
12-2. Выбор мощности электродвигателя при продолжительной работе....... ... . . . . . . . i . . . . 439
12-3. Выбор мощности электродвигателя при кратковременной работе...............'•'•?•:'•..... 441
12-4. Выбор мощности электродвигателя при повторно-кратковременной работе................. 442
12-5. Нагрев и охлаждение электрических машин..... 443
12-6. Аппаратура управления электродвигателями..... 448
12-7. Рубильники..................... 448
12-8. Пакетные выключатели............... 449
12-9. Пусковые и регулировочные реостаты . . . . . . . . 450
12-10. Контроллеры.................... 451
12-11. Плавкие предохранители.............. 454
12-12. Определение номинального тока плавкой вставки ... 456
12-13. Автоматические воздушные выключатели...... 457
Стр.
12-14. Контакторы ... .... .............. 458
12-15. Масляные выключатели и разъединители...... 480
12-16. Масляные выключатели с малым объемом масла ... 461
12-17. Выключатель нагрузки............... 462
12-18,. Реле ........ ....,'.'•.............. 434
12-19, Магнитный пускатель '.!............... 465
12-20, Магнитные усилители................ 467
12-21. Защитное заземление электротехнических установок .. 468
Глава тринадцатая. Основы электроавтоматики
13-1. Общие понятия .................• • 472
13-2. Устройства автоматического контроля........ 473
13-3. Устройства автоматической защиты......... 474
13-4. Устройства автоматического пуска и остановки электродвигателей................... 475
13-5. Устройства автоматического регулирования..... 476
1сЗ-б. Схема построения автоматического регулирующего
устройства . ....................... 476
13-7. Автоматическое программное регулирование..... 483
13-8. Автоматический следящий привод.......... 485
13-9. Каналы связи системы телемеханики........ 486
а) Разделение каналов постоянного и переменного тока 487
б) Каналы связи по высоковольтным линиям электропередачи..........,........... 488
в) Разделение каналов связи по времени ...... 489
13-10. Лабораторная работа. Схемы включения короткоза-
мкнутог# асинхронного электродвигателя с дистанционным управлением..................... 490
Глава четырнадцатая. Электрическое освещение
14-1. Основные понятия.................. 492
14-2. Источники света................... 496
14-3. Осветительные приборы ............... 500
14-4. Расчет электрического освещения.......... 503
Глава пятнадцатая. Производство, передача и распределение электрической анергии
15-1. Общие сведения об электростанциях и подстанциях . . 512
15-2. Общие сведения о передаче электрической энергии . . 52Э 15-3. Общие сведения о режиме работы электростанций и
энергетических систем ................ 522
15-4. Линии и сети..................... 525
15-5. Электроснабжение промышленных предприятий .... 531 15-6. Трасформаторные подстанции и распределительные
устройства промышленных предприятий ... .: . . . . 535
15-7. Устройство сетей внутри зданий . . . . . . . . . . . 543
15-8. Уход за электроосветительными установками..... 547
Приложение. Организационные и методические указания к проведению лабораторных работ....... 559
