лекции ТКТ

1. КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА» Заведующий кафедрой - доктор физико-математических наук, профессор ЛАВРЕНТЬЕВ АНАТОЛИЙ

2

2. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

14

3. Кандидат технических наук, доцент ВИНОКУРОВ МИХАИЛ РОМАНОВИЧ

15

4.

Электрическая цепь
представляет собой совокупность
устройств и объектов,
предназначенных для передачи,
распределения и взаимного
преобразования электрической
(электромагнитной) и других видов
энергии, если процессы, протекающие
в этих устройствах могут быть описаны
при помощи понятий об
ЭДС, токе и напряжении.
16

5. На сайте: http:// vinokurovuniver.jimdo. com на странице Вашего потока приведен список рекомендуемой литературы

Электрический ток
Постоянный ток:
Переменный ток:
17

6.

18

7.

Электродвижущая сила
(Э.Д.С.) и электрическое
напряжение
Обозначения источников ЭДС:
измеряется в Вольтах [В]
19

8.

Обозначения напряжения на участках:
20

9.

Электрическое сопротивление
21

10.

22

11.

Единицей измерения
сопротивления является [Ом]
Сопротивление можно
определить по формуле
U
R
I
23

12.

Формула
U
I
R
называется
законом Ома.
24

13. На сайте: http:// vinokurovuniver.jimdo. com на странице Вашего потока приведена данная рейтинговая система

В соответствии с
законом
сохранения
энергии
выполняется условие
25

14. Раздел Основные законы электротехники для электрических и магнитных цепей

26

15. ТЕМА Основные понятия электрических цепей. Элементы, параметры и схемы электрических цепей. Законы Ома и Кирхгофа.

которое называется
балансом
мощности
в электрической
цепи
27

16.

Элементы, параметры и схемы
электрических цепей
Элементы электрической
цепи
делятся на
три основных вида:
резистивные (активные);
индуктивные;
емкостные.
28

17.

Основной
характеристикой
резистивного элемента
является его
вольт-амперная
характеристика
(ВАХ)
29

18.

I = f (U),
Если эта зависимость линейная, то
резистивный элемент называется
линейным
Если эта
зависимость
нелинейная, то
резистивный
элемент называется
нелинейным
30

19.

Условные обозначения резисторов
Наименование
Резистор линейный
Обозначение
Резистор переменный
(общее обозначение)
Резистор нелинейный
31

20.

Индуктивный и емкостной
элементы
Эти элементы имеют
принципиальное отличие от
резистивных элементов в том, что
в них не происходит
необратимого преобразования
электрической энергии в другие
виды энергии.
32

21.

Условные обозначения катушек
индуктивности
L
Линейная
катушка
индуктивности
НЭ
Нелинейная
катушка
индуктивности
33

22.

Вебер-амперная
характеристика
Ψ- потокосцепление
Ψ=wФ
34

23.

Классическим примером
индуктивного элемента является
катушка, намотанная на
магнитопровод (сердечник).
Напряжение uL и ток iL на
идеальном индуктивном элементе
связаны формулами:
diL
uL L
,
dt
1
i L u L dt
L
где L – индуктивность элемента, Гн.
35

24.

Условные обозначения конденсаторов
Линейный
конденсатор
НЭ
Нелинейный
конденсатор
36

25.

Кулон-вольтная
характеристика
37

26.

Примерами емкостного элемента
являются конденсаторы плоские,
цилиндрические, сферические и т.д.
Для идеального емкостного
элемента ток iC и напряжение uC
связаны соотношениями:
duC
iC C
,
dt
1
u C iC dt
C
где С – емкость элемента, Ф
38

27.

В структуру электрических
цепей входят
ветви, узлы и контуры.
Ветвью называют элементы,
находящиеся между двумя
смежными узлами. По всем
элементам конкретной ветви
проходит одинаковый ток. Ток в
ветви указывается только один раз.
39

28. Элементы, параметры и схемы электрических цепей

Соединение трех и более
ветвей называется узлом.
Узлы обозначают точкой.
Если в узел входит хотя
бы одна ветвь не входящая
в другие узлы, узел
называется независимым.
40

29.

Замкнутый путь,
проходящий по
нескольким ветвям,
называется контуром.
Если в контур входит хотя бы
одна ветвь не входящая в
другие контуры он
называется независимым.
41

30.

УЗЛЫ
R1
I3
4
I1
№1
E1
R4
1
R2
I2
№2
E2
I4
I5
R5
3
2
№3
Контур №3
№1
№2
№4
№5
№6
№7
R3
I6
R6
Независимые контура
42

31.

Законы
Кирхгофа и
Ома для цепей
постоянного
тока
43

32.

44

33.

45

34.

46

35.

47

36.

48

37.

r
ВН
49

38.

50

39.

51

40.

Методы расчёта
простых электрических
цепей будут
рассмотрены на
практических занятиях
52

41.

Метод расчёта сложных
электрических цепей
Метод контурных токов
В основу данного метода
положен
II
закон Кирхгофа
53

42.

Контурные токи являются
фиктивными или расчётными
токами, не существующими в
реальности.
Для них составляются
уравнения по II закону
Кирхгофа и формируется
универсальная система
уравнений.
54

43. Законы Кирхгофа и Ома для цепей постоянного тока

Универсальная система уравнений
для трёх независимых контуров:
E11 = I11R11 – I22R12 – I33R13
E22 = – I11R21 + I22R22 – I33R23
E33 = – I11R31 – I22R32 + I33R33
Универсальная система уравнений
для двух независимых контуров:
E11 = I11R11 – I22R12
E22 = – I11R21 + I22R22
55

44.

Rnn – собственные сопротивления контуров;
n =1,2,3…….
Собственные сопротивления контуров
определяются сложением всех сопротивлений,
входящих в n - контур
Rkn = Rnk – сопротивления смежных ветвей;
k = 1,2,3…….
Сопротивления смежных ветвей определяются
сопротивлением ветви, находящейся на границе
контура n и контура k.
Enn – собственные ЭДС контуров, которые
определяются алгебраическим суммированием
всех источников ЭДС, входящих в контур n.
56

45.

57

46. Сумма токов, подтекающих к узлу электрической цепи равна сумме токов, вытекающих из узла

Электрические цепи,
параметры которых
зависят от тока или
напряжения, называются
нелинейными.
58

47.

Вольтамперные характеристики
могут быть заданы:
в виде таблиц;
в виде графиков;
в виде аналитических выражений
59

48.

Симметричные вольтамперные
характеристики
некоторых
нелинейных
элементов
60

49.

I
I
U
U
61

50.

I
U
62

51. ТЕМА Методы анализа электрических цепей постоянного тока

Несимметричные
вольтамперные характеристики
некоторых
нелинейных
элементов
63

52. Методы расчёта простых электрических цепей будут рассмотрены на практических занятиях

I
U
64

53.

I
U
65

54.

I
U
66

55.

Методы расчета
нелинейных
цепей
постоянного тока
67

56.

Для нелинейных электрических
цепей остаются справедливыми
законы Кирхгофа.
Для цепей постоянного тока в
установившемся режиме уравнения
по законам Кирхгофа представляют
собой систему нелинейных
алгебраических уравнений.
68

57. ТЕМА Методы анализа нелинейных цепей постоянного тока

Общих методов решения нелинейных
уравнений не существует.
Лишь для небольшого числа частных
случаев могут быть найдены точные
решения.
Все методы подразделяются на:
аналитические;
графические;
графо-аналитические;
численные
69

58.

Графический расчёт
нелинейных цепей
Последовательное соединение
элементов
I
E
U нэ
UR
НЭ
R
70

59.

Расчет основывается на
II законе Кирхгофа, в
соответствии с которым
71

60.

I f U нэ
UR
I
R
I f U нэ U R f ( E )
n
p
I
m
I
В
С
g
А
U нэ U R
U
E
72

61.

Параллельное соединение
элементов
I1
U1
НЭ1
I0
U0
I2
НЭ2
U2
73

62.

Расчёт основывается
на I законе Кирхгофа, в
соответствии с которым
I 0 I1 I 2
74

63.

I0=f(U0)
I
g
I0
I2=f(U2)
С
p
I1
В
I2
А
I1=f(U1)
n
0
U
m
U0= U1= U2
75

64.

Нелинейные магнитные цепи
постоянного тока
Статические характеристики
магнитных материалов
Для увеличения магнитного потока, а
также для концентрации магнитного
поля и придания ему желаемой
конфигурации в определенном месте
электротехнической установки ее части
выполняют из ферромагнитных
материалов.
76

65.

Законы Кирхгофа для магнитной
цепи. Аналогия между магнитными и
электрическими цепями
Из принципа непрерывности магнитного
потока следует, что для узла магнитной цепи
справедливо выражение
n
Фk 0
k 1
Уравнение является аналогом
первого закона Кирхгофа:
алгебраическая сумма потоков,
сходящихся в узле цепи, равна нулю
77

66.

Из закона полного тока следует
магнитный аналог
второго закона Кирхгофа:
алгебраическая сумма НС
обмоток в замкнутом контуре
магнитной
цепи равна алгебраической сумме
магнитных напряжений
на отдельных участках контура
78

67.

k n
k n
k 1
k 1
k n
k n
k 1
k 1
I k wk H k lk
Fk U мk
79

68.

Между магнитными и
электрическими величинами
существует аналогия:
Магнитный поток Ф
соответствует
электрическому току I
80

69.

Магнитодвижущая (МДС)
или намагничивающая
сила (НС) – F
соответствует
электродвижущей силе
(ЭДС) – E
81

70.

Магнитное напряжение
Uм
соответствует
электрическому
напряжению U
82

71.

I ; F E; U м U
По аналогии можно ввести понятие
о магнитном сопротивлении:
Uм
U
R
Rм
I
U м Hl
Hl
l
Rм
Bs 0 Hs 0 s
83

72.

I
w
R
Ф м1
Ф
l1
Iw
s1
Uм1
Rм0
Uм0
Uм2
Rм2
s2
l2
sо = s1
Uм1=Н1l1; Uм2=Н2l2;
Uм0=2Н0
84

73.

Возможны два варианта
постановки задачи:
прямая задача
по заданному магнитному потоку Ф
(или индукции В в заданном сечении)
требуется определить ток I в обмотке
обратная задача
по заданному току в обмотке I
требуется определить магнитный поток
Ф или индукцию В в заданном сечении
85

74.

86

75.

87

76.

Генератор
электродвижущей
силы, изменяющейся
во
времени
по закону синуса
88

77.

Основой получения ЭДС,
изменяющейся по закону синуса,
является
ЗАКОН
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ИНДУКЦИИ
89

78.

N
l – длина
рабочей
стороны
рамки
l
ʋx
B
B
ω
ʋ
α
S
90

79.

Тогда:
Угол поворота рамки α при
известной скорости её вращения
ω для любого момента времени t
определится соотношением:
91

80.

Таким образом,
закон изменения ЭДС
во вращающейся рамке
записывается в следующем
виде:
e Em sin t
92

81.

Переменным источником ЭДС
(напряжением или током )
называется источник ЭДС
(напряжение или ток)
изменяющийся во времени.
Величины, значения которых
повторяются через равные промежутки
времени в одной и той же
последовательности, называются
периодическими.
93

82.

Наименьший
промежуток времени,
через который эти
повторения наблюдаются,
называется
периодом Т [ сек ]
94

83.

Величина, обратная периоду,
называется частотой,
измеряемой
в герцах (Гц):
95

84.

Мгновенное значение переменной
величины есть функция времени.
Ее принято обозначать следующим
образом:
i (t) – мгновенное значение
тока;
u (t) – мгновенное значение
напряжения;
е (t) – мгновенное значение
источника ЭДС
96

85.

Наибольшее мгновенное значение
переменной величины за период
называется максимальным или
амплитудой:
Im – амплитуда тока;
Um – амплитуда напряжения;
Em – амплитуда источника ЭДС
97

86. Раздел Электрические цепи переменного тока

Действующие значения
синусоидальных функций времени
i(t) = Im sinωt
98

87. ТЕМА Основные свойства и эквивалентные параметры электрических цепей при синусоидальных токах.

Действующие значения
напряжений и источников ЭДС:
U = 0,707Um
Е = 0,707Еm
99

88.

Амплитудные значения
напряжений, токов и источников
ЭДС могут быть определены по
заданным действующим значениям:
100

89.

Изображение синусоидальных
функций времени
Представление синусоидальных величин
тригонометрическими функциями времени
Аргумент синуса называется
фазой колебаний.
Аргумент синуса при t = 0 называется
начальной фазой колебаний.
101

90.

ω представляет собой скорость
изменения фазы колебаний и
называется
угловой частотой
102

91.

ω = 2πf
Сдвиг фаз определяется
характером нагрузки
Характер нагрузки может быть:
активным (R ), реактивным (L,C ) и
смешанным (R,L,C)
103

92.

Представление синусоидальных
величин графически
104

93.

Представление
синусоидальных
величин
в виде вращающихся
векторов
на
декартовой
плоскости
105

94.

i
i (T) = i (0)
i(t1)
i(t2)
i(0)
t = t2
t=0
t = t1
i(T)
t = t3
t=T
i(t3)
106

95.

Мгновенным значениям
синусоидальной величины
в любой момент времени
соответствуют проекции
вращающегося вектора
на ось ординат для
данного момента времени
107

96.

Im
У i (t) = I sin(ωt+ψ)
m
I
I
m
i (t1)=Im sin(ωt1Im+ψ)
m
ωt1ψ+ψ
ωT+ψ
(t = 0)
i (T)=I
i (0)
= Im sinψ
m sin(ωT+ψ)
ωt2+ψ
Im
i (t3)=Im sin(ωt3+ψ)
Х
i (t2)=Im sin(ωt2+ψ)
-[360-(ωt3+ψ)]
Im
108

97.

Совокупность векторов, изображающих
синусоидально изменяющиеся ЭДС, токи и
напряжения называют
векторными диаграммами.
Векторные диаграммы удобно
строить для начального момента времени
(t=0), что вытекает из равенства угловых
частот синусоидальных величин.
109

98. Действующие значения синусоидальных функций времени

i3(t)
i1(t)
i2(t)
110

99.

Y
t=0
I1m
Ψi1
I3m
Ψi3
I2m
Ψi2
X
111

100.

Представление синусоидальных
величин комплексными числами
Геометрические операции с векторами
можно заменить алгебраическими
операциями с комплексными числами,
что существенно повышает точность
получаемых результатов.
Каждому вектору на комплексной
плоскости соответствует определенное
комплексное число, которое может быть
записано в различной форме.
112

101. Изображение синусоидальных функций времени

+j (Jm)
Комплексная плоскость
B
a
jс
Ψ°
-1
C
A
+1 (Re)
-j
в
Показательная
форма
Алгебраическая
форма
113

102.

Поставим в соответствие
реальной функции времени
комплексное число:
в показательной форме
модуль
аргумент
или в алгебраической форме
реальная
часть
мнимая
часть
114

103.

или в тригонометрической форме
Где:
115

104.

=Jm
- КОМПЛЕКСНАЯ
АМПЛИТУДА
116

105.

- КОМПЛЕКС
МГНОВЕННОГО
ЗНАЧЕНИЯ
- ОПЕРАТОР ВРАЩЕНИЯ
Комплексная амплитуда ( Ėm )
показывает положение вектора на
комплексной плоскости в момент
времени t = 0.
117

106.

+j
Em
ψ
Ėm= Em
+1
jψ
e – комплексная амплитуда
118

107.

Комплекс действующего значения
функции тока, напряжения или ЭДС
или комплекс функции имеет
следующий вид:
119

108.

Законы электрических цепей в
комплексной форме
Закон Ома для участка цепи с
источником ЭДС
А
İ
Ė
Z
В
Ů
Z – комплексное
сопротивление участка
цепи

109.

Под комплексным сопротивлением
следует понимать сопротивления
элементов различного характера:
резисторов, катушек
индуктивности и конденсаторов.
Сопротивления катушек
индуктивности и сопротивления
конденсаторов переменному току
будут определены в дальнейшем.
121

110.

Первый закон Кирхгофа
Второй закон Кирхгофа
122

111.

Мощности в электрических цепях
синусоидального тока
Активная мощность:
Единицей измерения активной
мощности является ватт [Вт]
называется коэффициентом
мощности и может изменяться в
пределах от 0 до 1

112.

Реактивная мощность:
Q =UIsinφ
Единицей измерения реактивной
мощности являются
вольт-амперы реактивные
[вар]
124

113.

В электрических цепях
переменного тока введено
понятие полной мощности
S=UI,
измеряемой в вольт-амперах [ВА].
Связь между мощностями
устанавливается при помощи
треугольника мощностей:
125

114.

P Scos
S
φ
P
Q Q Ssin
Q
S P
Q
+Q
2
2
126

115.

127

116.

Элементы цепи синусоидального тока.
Векторные диаграммы и комплексные соотношения
Резистор
i(t)
R
uR(t)
uR(t) = Ri(t)
128

117.

: √2
На резисторе напряжение и
ток совпадают по фазе.
129

118.

Поставим в соответствие
мгновенным значениям
комплексные числа:
130

119.

- комплексное сопротивление резистора
Закон Ома в комплексной
форме для резистора
131

120. Законы электрических цепей в комплексной форме

Векторная диаграмма
+j
I
U
ψi
ψu = ψi
R
+1
132

121.

Катушка индуктивности
i(t)
L
uL(t)
133

122.

индуктивное сопротивление катушки
переменному току
: √2
134

123. Мощности в электрических цепях синусоидального тока

Напряжение на катушке
индуктивности опережает ток по
фазе на 90 градусов
135

124.

Поставим в соответствие
мгновенным значениям
комплексные числа:
136

125.

- комплексное сопротивление
катушки индуктивности
Закон Ома в
комплексной форме
для индуктивного
элемента
137

126.

Векторная диаграмма
+j
UL
ϕ = 90º
ψi
I
+1
ψu
L
138

127. ТЕМА Комплексный метод анализа электрических цепей переменного тока.

Конденсатор
i(t) C
uC(t)
139

128.

емкостное сопротивление конденсатора
переменному току
: √2
140

129.

Напряжение на конденсаторе
отстает по фазе от тока на 90
градусов
141

130.

Поставим в соответствие
мгновенным значениям
комплексные числа:
142

131.

- комплексное сопротивление
конденсатора
Закон Ома в
комплексной форме
для конденсатора
143

132.

Векторная диаграмма
I
+j
ϕ = –90º
ψi
ψu
+1
C
UC
144

133.

Сдвиг Сопротивление Обознач
элемента
фаз
ение
Закон Ома в
комплексной
форме
Активное
сопротивление
Индуктивное
сопротивление
Ёмкостное
сопротивление
R
L
C
0º
90º
– 90º
145

134.

Метод расчёта, в основу
которого положены
комплексные числа,
называется
КОМПЛЕКСНЫМ
или
СИМВОЛИЧЕСКИМ
МЕТОДОМ
146

135.

Комплексная мощность
*
*
- комплекс, сопряженный с комплексом
147

136.

*
*
148

137.

Баланс мощностей
Из закона сохранения энергии
следует, что сумма всех отдаваемых
источниками энергии
активных и реактивных
мощностей
равна сумме всех потребляемых
активных и реактивных
мощностей
149

138.

Уравнение баланса мощностей
~
~
150

139.

*
151

140.

~
Уравнение баланса мощностей в цепях
синусоидального тока
*
152

141.

– ПОЛНОЕ КОМПЛЕКСНОЕ
СОПРОТИВЛЕНИЕ УЧАСТКА ЦЕПИ
Rk – активная составляющая полного
комплексного сопротивления
(сопротивление резистора)
Xk – реактивная составляющая полного
комплексного сопротивления
(сопротивление катушки индуктивности и
( или) сопротивление конденсатора )
153

142.

154

143.

155

144.

Источником трехфазного
напряжения является
трехфазный генератор,
на статоре которого размещена
трехфазная обмотка. Фазы этой
обмотки располагаются таким
образом, чтобы их магнитные оси
были сдвинуты в пространстве друг
относительно друга на угол
в 120 градусов.
156

145.

1
3
2
157

146.

Принципиальная
схема
трёхфазного
генератора
158

147.

Схема
замещения
трёхфазного
генератора
А
x
z
C
y
B
159

148.

ЭДС трехфазного генератора
160

149.

e
eA
eB
eC
ωt
0º
120º
240º0
Временная диаграмма трёхфазного источника ЭДС
161

150.

Трёхфазный источник ЭДС в комплексной
форме имеет следующий вид:
162

151.

Изображение трёхфазного источника ЭДС
на комплексной плоскости
EC +j
+120º
EA
+1
–120º
EB
163

152.

Система ЭДС
называется
симметричной,
если выполняется условие:
164

153.

При подключении к
трехфазной системе ЭДС
приёмников электрической
энергии начинают протекать
электрические токи и
образуется трёхфазная
электрическая цепь
165

154. РАЗДЕЛ Трёхфазные электрические цепи

Схемы соединения в трёхфазных
электрических цепях
Основными схемами соединений
в трёхфазных
электрических цепях являются соединения
по схеме «звезда» и по схеме «треугольник»
При этом характер соединения источников и
приёмников не зависят друг от друга.
В общем случае, существует 4 основных
вида соединений в трёхфазных
электрических цепях:
166

155. ТЕМА Трёхфазный генератор

соединение по схеме
«звезда» – «звезда» ( Υ–Υ )
соединение по схеме
«звезда» – «треугольник» (Υ–∆)
соединение по схеме
«треугольник» – «звезда» (∆–Υ)
соединение по схеме
«треугольник» – «треугольник» (∆–∆)
167

156.

Соединение
трёхфазного
генератора
по схеме
«звезда»
168

157.

Линейные провода
А
Нейтральный
провод
z
x
y
N
C
B
169

158.

— фазные напряжения
— линейные напряжения
170

159.

Трёхфазная система напряжений
в комплексной форме имеет
следующий вид:
171

160.

Данная связь установлена на
основании
II закона Кирхгофа
172

161.

Меду фазными и линейными
напряжениями генератора всегда
существует связь:
Uф
127
220
380
Uл
220
380
640
173

162.

Линейным называется провод,
соединяющий начала фаз обмотки
генератора и приемника.
Точка, в которой концы фаз
соединяются в общий узел, называется
нейтральной – соответственно
нейтральные точки генератора (N) и
нагрузки (n).
Провод, соединяющий нейтральные точки
генератора и приемника, называется
нейтральным или нулевым.
174

163.

Трехфазная система при
соединении в «звезду»
без нейтрального провода
называется трехпроводной.
Трехфазная система при
соединении в «звезду» с
нейтральным проводом
называется четырехпроводной.
175

164.

Соединение
трёхфазного
генератора
по схеме
«треугольник»
176

165.

z
А
Линейные провода
x
C
y
B
177

166.

178

167.

Трёхфазная цепь называется
симметричной,
если комплексные сопротивления
соответствующих фаз одинаковы,
т.е. если
В противном случае трёхфазная
цепь являются несимметричной.
179

168. Соединение трёхфазного генератора по схеме «звезда»

180

169.

Расчёт трёхфазной
электрической цепи
будет рассмотрен на
практическом
занятии
181

170.

182

171.

183

172.

184

173.

Конструкция и принцип
действия трансформатора
185

174.

186

175.

Условные графические
обозначения трансформаторов
187

176. Соединение трёхфазного генератора по схеме «треугольник»

Генераторы электрических станций
вырабатывают электрическую
энергию при напряжении
6, 10, 15 кВ,
так как на более высокие
напряжения конструировать
электрогенераторы сложно в связи с
трудностью обеспечения хорошей
изоляции обмоток.
188

177.

В то же время в линиях
электропередачи применяют
напряжения до
110, 220, 400, 500 кВ и более,
чтобы уменьшить силу тока в линии,
а значит и сечение проводов, что
позволяет резко снизить мощность
потерь и стоимость линий
электропередач.
189

178.

Таким образом, необходимы
повышающие
трансформаторы,
увеличивающие напряжение
генераторов электрических
станций до напряжения линий
электропередач.
190

179.

В местах потребления
электрической энергии необходимы
понижающие
трансформаторы,
чтобы иметь напряжения
380, 220, 127 В и менее.
Электрические трансформаторы
имеют высокий коэффициент
полезного действия, доходящий до
99%, и высокую надежность.
191

180. ТЕМА Расчёт трёхфазных электрических цепей

Электрические трансформаторы –
необходимые элементы и в
устройствах малой мощности
(радиоэлектронных устройствах,
компьютерах других).
192

181.

Простейший однофазный
электрический трансформатор
состоит из двух обмоток,
размещенных на ферромагнитном
сердечнике, который набран из
изолированных друг от друга
листов электротехнической стали
толщиной 0,3...0,5 мм, с целью
уменьшения потерь на вихревые
токи (потерь в стали) Рс.
193

182. Раздел Основные типы трансформаторов и области их применения

194

183. ТЕМА Однофазный трансформатор

195

184.

196

185.

197

186.

198

187.

Если К > 1 – трансформатор
понижающий
Если К < 1 – трансформатор
повышающий
Если К = 1 – трансформатор
согласующий
199

188.

Внешняя
характеристика
трансформаторов
200

189.

201

190.

202

191.

203

192.

Трёхфазные трансформаторы
204

193.

205

194.

Автотрансформаторы
В
206

195.

207

196.

208

197.

209

198.

210

199.

211

200.

212

201.

213

202.

214

203. ТЕМА Трёхфазный трансформатор и автотрансформатор

215

204.

216

205.

217

206.

УСТРОЙСТВО
МАШИН
ПОСТОЯННОГО
ТОКА
218

207.

219

208.

220

209.

221

210. Раздел Основные типы электрических машин, области применения, принцип работы и характеристики

222

211.

223

212.

224

213.

РЕЖИМЫ
РАБОТЫ МАШИН
ПОСТОЯННОГО ТОКА
1 РЕЖИМ ГЕНЕРАТОРА
225

214.

Основными характеристиками
генераторов являются:
характеристика
холостого хода;
внешняя характеристика;
регулировочная
характеристика
226

215.

РЕЖИМ ДВИГАТЕЛЯ
227

216. ТЕМА Машины постоянного тока

Основными характеристиками
двигателей являются:
скоростная характеристика;
механическая
характеристика;
рабочие характеристики
228

217.

ЭДС МПТ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ
МОМЕНТ МПТ
229

218.

Постоянные коэффициенты
и
определяются параметрами
машины постоянного тока
230

219.

231

220.

Работа МПТ
в
режиме
генератора
232

221.

Генератор с независимым
возбуждением
Принципиальная
схема и уравнения:
233

222.

Характеристика холостого хода
234

223.

Внешняя характеристика
235

224.

Регулировочная характеристика
236

225.

Основное достоинство
генераторов с независимым
возбуждением – возможность
регулирования напряжения в широком
диапазоне.
Основной недостаток –
необходимость в дополнительном
источнике питания цепи обмотки
возбуждения.
237

226.

Работа МПТ
в
режиме
двигателя
238

227.

ДПТ с независимым
возбуждением
Принципиальная
схема и уравнения:
U
Iя
239

228.

240

229.

При достижении
номинальных оборотов
реостат полностью
выводится из цепи
Rпуск
241

230.

Из уравнения
следует, что с увеличением оборотов
ток якоря уменьшается, а с
уменьшением оборотов – возрастает.
Соответственно изменяется и
вращающий момент:
242

231.

Н а этом базируется принцип
саморегулирования ДПТ, т.е.
автоматическое сохранение устойчивой
работы с новой скоростью вращения при
изменении механической
нагрузки на валу.
Суть принципа саморегулирования
заключается в уравновешивании
созданного электромагнитного
вращающего момента с моментом на
валу двигателя, т.е. всегда выполняется
условие:
243

232. Работа МПТ в режиме генератора

244

233.

245

234.

Для изменения направления вращения
ДПТ (реверсирования) достаточно
изменить направление тока
либо в якорной обмотке
либо в обмотке возбуждения
При одновременном изменении тока
направление вращения сохранится.
246

235.

Из уравнения
выразим скорость вращения ДПТ:
- скоростная характеристика ДПТ
247

236.

n
Ф
Iв
Iв
248

237.

Преобразуем уравнение
- механическая характеристика ДПТ
249

238. Работа МПТ в режиме двигателя

250

239.

- искусственные механические
характеристики ДПТ для различных
значений пускового реостата Rп.
При Rп = 0 искусственная
механическая характеристика
преобразуется в естественную
механическую характеристику.
;
251

240.

Естественная механическая
характеристика ДПТ является «жёсткой»,
т.к. изменение нагрузки
на его валу в пределах от
0 (режим холостого хода) до М вр.ном.
вызывает изменение скорости на 3%–8%.
Скорость вращения в режиме холостого
хода (М вр.=0 ) определяется
соотношением:
252

241.

Рабочие характеристики ДПТ
253

242.

254

243.

255

244.

Вращающееся
магнитное поле
256

245.

257

246.

258

247.

259

248.

260

249.

261

250.

p =
1
n =
3000
2
3
4
5
1500 1000 750
600
262

251.

Конструкция трёхфазного
асинхронного двигателя(АД)
263

252.

264

253.

265

254. ТЕМА Асинхронные машины

266

255.

267

256.

268

257.

269

258.

270

259.

271

260.

272

261.

273

262.

274

263.

275

264.

Принцип действия трёхфазного
асинхронного двигателя(АД)
276

265.

277

266.

Определим частоту наведённого
тока при вращении ротора
278

267.

Реверсирование АД
( изменение направления вращения)
279

268.

Механическая
характеристика АД
280

269.

281

270.

Рабочие
характеристики АД
282

271.

283

272.

284

273.

Конструкция и принцип действия
синхронной машины
285

274.

286

275.

287

276.

288

277.

289

278.

290

279.

291

280.

292

281.

293

282.

294

283.

295

284. ТЕМА Синхронные машины

296

285.

297

286.

298

287.

299

288.

300

289.

301

290.

Классификация полупроводниковых
приборов
Основные элементы электронных
схем современной электроники :
302

291.

Полупроводниковые диоды
303

292.

304

293. Раздел Параметры современных полупроводниковых устройств

305

294. Тема ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Транзисторы
306

295.

307

296.

308

297.

309

298.

Тиристорами называют
полупроводниковые приборы с двумя
устойчивыми режимами работы
(включен, выключен), имеющие три
или более p-n – переходов.
Тиристор по принципу действия –
прибор ключевого типа.
Во включенном состоянии он подобен
замкнутому ключу, а в выключенном –
разомкнутому ключу.
310

299.

Тиристоры являются основными
элементами в силовых устройствах
электроники, которые называют также
устройствами преобразовательной техники.
311

300.

Графическое изображение тиристора
312

301.

При увеличении внешнего прямого
напряжения до величины Uпер
происходит лавинный пробой перехода
П2, ток Iа резко возрастает до величины,
ограниченной внешним
сопротивлением Rн, а напряжение на
тиристоре резко падает до величины
1-2 В.
Таким образом, тиристор переходит
скачкообразно во включенное
состояние.
313

302.

314

303.

Если в цепь УЭ - К подать
некоторый ток управления Iу, то
тиристор включается при меньшем
напряжении Uneр1, а при некотором
Iу=Iспр(ток спрямления) тиристор
включается при Uneр = 2 - 5 В.
При обратном внешнем напряжении
Uoбp тиристор ведет себя как
обычный выпрямительный диод.
315

304.

После включения тиристор остается
во включенном состоянии и при
Iу = 0, если на его аноде присутствует
прямое напряжение. Поэтому для
включения тиристора при наличии
положительного напряжения на его
аноде Upaб < Ump достаточно в цепь
УЭ - К подать кратковременный
импульс тока управления.
316

305.

Операционный усилитель (ОУ) –
это высококачественный усилитель,
предназначенный для усиления как
постоянных, так и переменных сигналов.
Вначале такие усилители
использовались в аналоговых
вычислительных устройствах для
выполнения математических операций
(сложения, вычитания и т. д.).
Это объясняет происхождение термина
«операционный».
317

306.

Графическое обозначение
операционного усилителя
318

307.

Инвертирующий усилитель на основе
операционного усилителя
319

308.

Rос
u вых u вх
R1
320

309.

Напряжение uдиф между
инвертирующим и
неинвертирующим входами
называют дифференциальным
напряжением (дифференциальным
сигналом).
.
u диф u u
321

310.

Операционные усилители
конструируют таким образом,
чтобы они как можно больше
изменяли напряжение uвых при
изменении дифференциального
сигнала .
322

311.

Передаточная характеристика
операционного усилителя К140УД1Б
323

312.

В линейном режиме
u в ых К u диф
где К – коэффициент усиления по
напряжению
Обычно величина К лежит в
пределах 104…105.
324

313.

Микросхемы
По степени интеграции
различают малые, средние,
большие (БИС) и сверх большие
(СБИС) интегральные микросхемы.
Микросхемы представляют собой
интеграцию десятков, сотен и тысяч
отдельных элементов (резисторов,
диодов, транзисторов) в едином
кристалле полупроводника с
325

314.

образованием необходимых
соединений между ними .
Этот кристалл помещается в
корпус с образованием
необходимых выводов для
внешних соединений.
326

315.

327

316.

328

317.

Для работы функциональных
устройств электроники в
большинстве случаев требуются
различные уровни постоянных
напряжений. Поэтому в качестве
основной части электронной
аппаратуры является блок
питания.
329

318.

Типовая схема
вторичного источника питания
330

319.

В общем случае
БЛОК ПИТАНИЯ содержит:
Трансформатор, изменяющий переменное
напряжение сети до необходимого уровня;
Выпрямитель, преобразующий переменное
напряжение в пульсирующее напряжение;
Сглаживающий фильтр, снижающий
пульсации выпрямленного напряжения;
Стабилизатор постоянного напряжения,
снижающий изменения входного напряжения
при изменениях напряжения сети.
331

320.

Для уменьшения веса и габаритов
трансформатора и сглаживающего фильтра,
работающих на частоте 50 Гц, используют
источник питания с преобразователем
частоты
332

321.

Инверторы – это устройства,
преобразующие постоянный ток в
переменный
333

322.

Схема состоит из инвертирующего
тиристорного моста VS1-VS4, в одну из
диагоналей которого включен
последовательный резонансный контур,
состоящий из конденсатора СK, дросселя LK
и нагрузки с сопротивлением RH.
К другой диагонали подключен
источник постоянного напряжения Uo.
С помощью системы управления
импульсами тока осуществляется
попарное отпирание тиристоров -VS1-VS2
и VS3-VS4 с частотой ωУ .
334

323.

Параметры LK, CK и RH выбираются
такими,
чтобы
переходный
процесс
перезаряда
конденсатора
СК
был
затухающим колебательным.
При
отпирании
очередной
пары
тиристоров, например, VS1-VS2, происходит
колебательный перезаряд конденсатора CK
по цепи: + Uо VS1 CК LК RH VS2 – Uо.
335

324.

К концу полупериода собственной частоты
контура ωс = 1/ √LКCК ток в нем спадает
до нуля, и тиристоры VS1-VS2 запираются,
сформировав прямую полуволну напряжения
UH на нагрузочном резисторе RH.
Спустя время, равное времени выключения
тиристоров VS1-VS2, отпирается другая пара
тиристоров VS3-VS4, при этом образуется
контур обратного перезаряда конденсатора CК
: + Uо VS3 CК LК RH VS4
– Uо. , a в
нагрузочном резисторе – обратная полуволна
напряжения UH. Далее процессы в схеме
периодически повторяются.
336

325.

Выпрямители
337

326.

338

327.

339

328. ТЕМА Источники вторичного электропитания

340

329.

341

330.

342

331.

343

332.

344

333.

Сглаживающие фильтры
Выпрямленное напряжение имеет
существенные пульсации, поэтому
широко используют сглаживающие
фильтры – устройства, уменьшающие
эти пульсации. Важнейшим
параметром сглаживающего фильтра
является коэффициент сглаживания
S = ε1 / ε2, причем ε1 и ε2 определяют
как коэффициенты пульсаций на входе
и выходе фильтра соответственно.
345

334.

346

335.

Схемы фильтров, применяемых в
выпрямителях
347

336.

Стабилизатор постоянного
напряжения
Различают параметрические и компенсационные
стабилизаторы.
Простейшими являются стабилизаторы
параметрического типа, состоящие из балластного
резистора и стабилитрона.
348

337.

Если напряжение
uвх
настолько
велико, что стабилитрон находится в
режиме пробоя, то изменения этого
напряжения практически не вызывают
изменения напряжения uвых .
При
изменении
напряжения
uвх
изменяется только ток i,
а также
напряжение
uR i R
349

338.

Преобразователи частоты
Преобразователи частоты применяют тогда,
когда потребители требуют для своего
функционирования электрическую энергию
непромышленной частоты
(электротермические или ультрозвуковые
технологические установки) либо энергию
регулируемой частоты (регулирование
частоты вращения асинхронных и
синхронных двигателей).
350

339.

U1 , f 1
U0 , f =0
В
U2 , f 2
И
Выпрямитель
В
преобразует
переменное
напряжение U1 частотой f1 в постоянное
напряжение Uo, а инвертор И осуществляет
обратное
преобразование
постоянного
напряжения Uo в переменное U2 требуемой
частоты f2, которая, при необходимости, может
351

340.

Преобразователи постоянного
напряжения
Основными структурными составляющими
преобразователей постоянного напряжения
являются инвертор И, трансформатор Т1 и
выпрямитель В.
Инвертор И преобразует постоянное
напряжение
Uо1
в
переменное
U 1,
трансформатор Тр повышает или понижает
его до уровня U2, а выпрямитель В
преобразует переменное напряжение U2 в
постоянное Uо2 требуемой величины.
352

341.

U01 , f =0
В
U1 , f 1
U2 , f 2
Тр
U02 , f =0
И
353

342.

354

343.

355

344.

356

345.

357

346.

358

347.

359

348.

360

349.

361

350.

Импульсный режим
работы устройств
362

351.

В отличии от аналоговых в
импульсных функциональных
устройствах кратковременное
воздействие сигнала чередуется с
паузой.
В импульсных устpoйcтвах
полупроводниковые приборы
работают в ключевом режиме,
предполагающем только два
крайних состояния: включено и
выключено.
363

352.

Импульсный режим работы устройств имеет
следующие два важнейших преимущества:
резко повышается помехоустойчивость;
информация о сигнале простым и
естественным образом представляется в
цифровой форме, что позволяет
использовать большие и все возрастающие
возможности цифровой обработки
информации.
364

353.

365

354. ТЕМА Усилители электрических сигналов на транзисторах

Участок трапецеидального импульса АВ
называют фронтом, участок ВС – вершиной,
участок СD – срезом, отрезок АD –
основанием. Иногда участок АВ называют
передним фронтом, а участок СD – задним
фронтом.
366

355.

Наиболее распространенным генератором
прямоугольных
импульсов
является
мультивибратор,
который
представляет
собой
двухкаскадный усилитель с
глубокими положительными перекрестными
обратными связями.
367

356.

Из прямоугольного импульса нетрудно
сформировать импульс экспоненциальной
формы
368

357.

Для формирования линейно изменяющегося
напряжения применяют интегрирующую
цепь в совокупности с электронным ключом
Генератор линейно-изменяющегося
напряжения (ГЛИН)
369

358.

Транзисторные ключи
Транзисторный ключ является
основным элементом устройств
цифровой электроники и очень
многих устройств силовой
электроники. Параметры и
характеристики транзисторного
ключа в очень большой степени
определяют свойства
соответствующих схем.
370

359.

Простейший ключ на биполярном
транзисторе
371

360.

Триггеры
Триггер - электронное устройство,
обладающее
двумя
состояниями
устойчивого равновесия, способное скачком
переходить из одного состояния в другое под
воздействием
внешнего
управляющего
сигнала. Схема триггера может быть
получена из схемы мультивибратора, если
конденсаторы в обратных связях заменить
резисторами
372

361. ТЕМА Импульсные и автогенераторные устройства

373

362.

Математические и логические
основы цифровой
электроники
374

363.

375

364.

На рисунке приведены
примеры условных графических
обозначений основных
логических элементов.
376

365.

377

366.

378

367.

379

368.

380

369.

381

370.

382

371.

383

372.

384

373. ТЕМА Основы цифровой электроники. Цифровые преобразователи

385

374.

386

375.

Кодирование импульсных сигналов
двоичной системой счисления.
387

376.

388

377.

389

378.

390

379.

391

380.

392

381.

Способы передачи информации:
последовательный, параллельный
393

382.

394

383.

395

384.

396

385.

Структурная схема ЭВМ
397

386.

398

387.

399

388.

400

389.

401

390.

На основе микропроцессора может
быть создан программируемый
логический контроллер, основная
задача которого — сбор информации
с датчиков, последующая обработка
по
заданным
пользовательским
алгоритмам,
а
также
выдача
соответствующих
управляющих
сигналов
на
исполнительные
устройства.
402

391.

Применение МП для управления
технологическими процессами, металлорежущими станками, прокатным оборудованием,
уличным движением, измерительными процессами позволяет рассредоточить функции
управления, разгрузить большие ЭВМ, за
которыми в этом случае остаются функции
центрального управления.
На примере цифрового вольтметра
(ЦВ) рассмотрим что даёт применение микроЭВМ.
403

392.

Аналого-цифровой преобразователь
(АЦП)
преобразует
аналоговую
измеряемую
величину
Ux
в
цифровой код, а цифровое отсчетное
устройство
(ЦОУ)
представляет
результат измерения в цифровой
форме.
.
404

393.

В состав собственно микро-ЭВМ входят
МП, постоянное запоминающее устройство ПЗУ, хранящее неизменяемую
цифровую информацию (нaпpимер, коды
команд, образующих программу работы
ЦВ), и оперативное запоминающее
устройство ОЗУ, в которое заносится
текущая, обновляемая в процессе
работы цифровая информация
405

394.

406

395.

407

396. ТЕМА Микропроцессорные средства

408

397.

409

398.

410

399.

411

400.

412

401.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ
Электронным вольтметром называется
прибор, показания которого вызываются
током электронных приборов, т. е.
энергией источника питания вольтметра.
Измеряемое напряжение управляет
током электронных приборов, благодаря
чему входное сопротивление
электронных вольтметров достигает
весьма больших значений и они
допускают значительные перегрузки.
413

402.

Электронные вольтметры делятся на
аналоговые и дискретные.
В аналоговых вольтметрах измеряемое
напряжение преобразуется в
пропорциональное значение
постоянного тока, измеряемое
магнитоэлектрическим
микроамперметром, шкала которого
градуируется в единицах напряжения
(вольты, милливольты, микровольты).
414

403.

В дискретных вольтметрах измеряемое
напряжение подвергается ряду
преобразований, в результате которых
аналоговая измеряемая величина
преобразуется в дискретный сигнал,
значение которого отображается на
индикаторном устройстве в виде
светящихся цифр.
Аналоговые и дискретные вольтметры
часто называют стрелочными и
цифровыми соответственно.
415

404.

По роду тока электронные вольтметры делятся на
вольтметры постоянного напряжения,
переменного напряжения, универсальные и
импульсные.
Кроме того, имеются вольтметры с частотноизбирательными свойствами — селективные.
Аналоговые вольтметры переменного
напряжения.
U~
ДН
АПр
УПТ
V
Структурная схема аналогового
электронного вольтметра
с амплитудным преобразователем
416

405.

Электронный вольтметр переменного
напряжения состоит из преобразователя
переменного напряжения в постоянное,
усилителя и магнитоэлектрического
индикатора.
Часто на входе вольтметра
устанавливается калиброванный
делитель напряжения с помощью
которого увеличивается верхний предел
измеряемого напряжения.
417

406. Раздел Основные типы и области применения электронных приборов и устройств

В зависимости от вида преобразования
показание вольтметра может быть
пропорционально амплитудному
(пиковому), средневыпрямленному или
среднеквадратическому значению
измеряемого напряжения.
418

407. Тема Классификация аналоговых и дискретных электронных устройств

Цифровые электронные вольтметры
Принцип работы вольтметров дискретного
действия состоит в преобразовании
измеряемого постоянного или медленно
меняющегося напряжения в электрический
код, который отображается на табло в
цифровой форме.
В соответствии с этим обобщенная
структурная схема цифрового вольтметра
состоит из входного устройства ВхУ,
аналого-цифрового преобразователя АЦП и
цифрового индикатора ЦИ.
419

408.

U
ВхУ
АЦП
ЦИ
Обобщенная структурная
схема цифрового вольтметра.
420

409.

В основу аналого-цифрового
преобразования может быть положен
различный принцип работы:
АЦП с время-импульсным
преобразованием;
АЦП с частотным преобразованием;
АЦП с двойным интегрированием
421

410.

422

411.

В цифровых измерительных
приборах (ЦИП) обязательно
выполняются следующие
операции: квантование
измеряемой величины по уровню,
ее дискретизация по времени и
кодирование, т.е. преобразование
в цифровой код.
423

412.

Большинство современных ЦИП имеют
выход, позволяющий передавать
измерительную информацию в
компьютер, и одна из их важнейших
функций – использование в качестве
промежуточных измерительных
преобразователей аналоговых величин в
цифровой код в информационноизмерительных и автоматизированных
системах контроля и управления с
цифровой обработкой информации.
424

413.

В настоящее время элементной базой
ЦИП являются аналоговые и цифровые
интегральные микросхемы, что
позволяет достигнуть высокого
быстродействия и малых габаритных
размеров приборов. Применение
интегральных микросхем средней и
большой степеней интеграции
расширило функциональные
возможности ЦИП и их надежность при
одновременном снижении энергозатрат.
425

414.

Перспективным направлением
развития ЦИП является применение
микропроцессоров, которые
обеспечивают управление процессом
измерения, самодиагностику,
автоматическую градуировку по
заданной программе, а также первичную
обработку результатов измерения
(линеаризацию функции
преобразования, коррекцию
погрешностей, сжатие данных).
426

415.

Таким образом, ЦИП наиболее полно
удовлетворяют основным требованиям,
предъявляемым в настоящее время к
измерительной аппаратуре:
- высокая точность и быстродействие,
- автоматизация процессов измерения и
обработки информации.
427

416.

Обобщенная структурная схема ЦИП
428

417.

Структурная схема содержит входной
аналоговый преобразователь АП,
аналого-цифровой преобразователь
АЦП, образцовую меру М, цифровое
средство отображения информации
ЦСОИ и устройство управления УУ.
429

418.

Аналоговый преобразователь
преобразует измеряемую величину х (t)
в функционально с ней связанную
аналоговую величину y (t), более
удобную для преобразования в
цифровой код.
В качестве АП используются усилители,
делители, фильтры, преобразователи
неэлектрических величин в
электрические и т. п.
430

419.

АП является важнейшим элементом
измерительного прибора, поскольку
именно он определяет чувствительность,
динамический диапазон и частотный
диапазон прибора.
Аналого-цифровой преобразователь
выполняет операции квантования по
уровню и по времени аналоговой
величины, сравнения ее с мерой и
кодирование результатов.
431

420.

При этом на выходе вырабатывается
дискретный сигнал ДС, который
преобразуется ЦСОИ в цифровой
отсчет N или в виде кода вводится в
компьютер.
Образцовой мерой может служить,
например, генератор импульсов с
эталонной амплитудой и частотой
повторения.
432

421.

Цифровым средством отображения
информации служит обычно цифровой
индикатор или дисплей.
В качестве устройства управления
можно использовать микропроцессор,
который реализует необходимый
алгоритм измерения.
433

422. Тема Структура аналого-цифровой системы управления

434

423.

435

424.

Электрические измерительные приборы –
необходимые элементы электрических
цепей при контроле режимов работы
электрооборудования, учете
электроэнергии, при экспериментальном
исследовании электрических цепей, при
получении достоверной информации для
систем автоматического управления.
Электрические измерительные приборы
измеряют как электрические величины (ток,
напряжение, мощность,
436

425.

cos φ, частоту, электрическую энергию и
т.д.), так и неэлектрические величины
(температуру, давление и др).
Электрические измерительные приборы
отличаются высокой чувствительностью,
простотой конструкций и надежностью.
Показания электрических измерительных
приборов относительно просто передавать
на дальние расстояния (телеизмерения)
при автоматизации и управлении
технологическими процессами.
Недостатком электрических измерительных
437

426.

Системы электрических
измерительных приборов
Электрический измерительный прибор
состоит из подвижной и неподвижной
частей. По перемещению подвижной части
измеряют значения измеряемых величин.
В зависимости от принципа действия
различают системы: магнитоэлектрическую,
электромагнитную, электродинамическую,
тепловую, индукционную и др.
438

427.

N
п/п
1
2
3
4
5
Система прибора
Обозначение
Магнитоэлектрическая
Электромагнитная
Электродинамическая
Тепловая
Индукционная
439

428.

ИЗМЕРЕНИЕМ называют нахождение
значения физической величины опытным
путем с помощью специальных
технических средств –
средств измерений.
Средства электрических измерений –
технические средства, используемые
при электрических измерениях и
имеющие нормированные
метрологические характеристики.
440

429.

К ним относятся:
меры;
электроизмерительные
приборы;
измерительные
преобразователи;
электроизмерительные
установки;
измерительные
информационные
системы
441

430.

442

431.

Чувствительность
:
Чувствительность S
электроизмерительного прибора
– это отношение изменения
сигнала на выходе
электроизмерительного прибора
y
S
.
x
443

432.

В общем случае чувствительность
y dy
S lim
.
x 0 x dx
Следовательно, при нелинейной
статической
характеристике
чувствительность зависит от х, а при
линейной статической характеристике –
она постоянна. У электроизмерительных
приборов при постоянной
чувствительности шкала равномерная,
то есть длина всех делений одинакова.
444

433.

Статическая характеристика
Статическая характеристика
измерительного прибора – зависимость
выходного сигнала у от входного
сигнала х в статическом режиме
работы указанного прибора.
Статическая характеристика в общем
случае описывается нелинейным
уравнением:
y f (x).
445

434. Раздел Методы измерения электрических и магнитных величин

Например, для измерительных
приборов магнитоэлектрической
системы статической характеристикой
будет являться уравнение, в котором
входным сигналом будет являться
электрический ток I, а выходным –
угол поворота катушки α:
S I.
446

435. Тема Классификация средств и методов измерений

Погрешности измерительных
приборов
Абсолютная погрешность прибора в
данной точке диапазона измерения
равна:
х хи
x – показание прибора;
xи – истинное значение
измеряемой величины.
447

436.

Относительная погрешность –
отношение абсолютной погрешности к
истинному (действительному) значению
измеряемой величины:
,
хи х д
или в процентах
(%) 100%.
хд
448

437.

Приведенная погрешность
электрического измерительного
прибора равна отношению абсолютной
погрешности к нормирующему значению
xN, которое принимается равным
верхнему пределу измерений (если
нулевая отметка находится на краю или
вне шкалы) или диапазону измерения
(если нулевая отметка находится внутри
диапазона измерений):
449

438.

,
хN
или в процентах
(%)
100%.
xN
450

439.

Класс точности
Класс точности К обозначается
одним числом, равным максимально
допустимому значению основной
приведенной погрешности, выраженной
в процентах:
К
100 100
хN
Электроизмерительные приборы
делятся на 8 классов точности:
0.05; 0.1; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0.
451

440.

Пример: Милливольтметр со шкалой
до 50 мВ имеет класс точности К =0,5.
Определить максимальную абсолютную
погрешность электронного
измерительного
прибора.
Решение: Из формулы следует, что
максимальная абсолютная погрешность
при измерениях во всем диапазоне
равна
К х N 0,5 50
0,25 мВ.
100
100
452

441.

Цена деления
Цена деления электроизмерительных
приборов численно равна изменению
измеряемой величины, вызывающему
перемещение указателя (стрелки) на
одно деление. При равномерной шкале
цена деления равна отношению предела
измерения электроизмерительного
прибора к числу делений шкалы :
хт
с
.
п
453

442. Тема Основные характеристики электрических измерительных приборов

Предел измерения
Предел измерения
электроизмерительного прибора –
значение измеряемой величины, при
котором стрелка прибора отклоняется до
конца шкалы. Электроизмерительные
приборы могут иметь несколько
пределов измерения (многопредельные
приборы). При измерениях такими
приборами на различных пределах цена
деления будет различна.
454

443.

455

444.

Измерение тока
Для измерения тока служат
амперметры, миллиамперметры и
микроамперметры. Эти приборы
включаются последовательно в
участок электрической цепи. При
этом необходимо, чтобы внутреннее
сопротивление амперметра было
мало по сравнению с
сопротивлением участка
электрической цепи.
456

445.

В противном случае включение прибора
вызовет
существенное
изменение
сопротивления и тока на данном участке
электрической цепи, а также и
изменение режима работы всей цепи.
Чтобы использовать данный прибор для
измерения токов больших значений и
снизить его внутреннее сопротивление,
применяют шунты.
457

446.

Шунт представляет собой манганиновые
пластины или стержни, впаянные в
медные или латунные наконечники.
Сопротивление шунта значительно
меньше сопротивления рамки прибора.
Шунт включается в электрическую цепь
последовательно, а параллельно ему
подключается рамка (катушка) прибора.
458

447.

Схема включения прибора с шунтом:
1 – шунт; 2 – рамка (катушка) прибора;
I – измеряемый ток; Iш – ток через
шунт; IА – ток через рамку прибора
459

448.

По первому закону Кирхгофа
измеряемый ток в электрической цепи
равен
IА – ток через рамку
прибора, А;
A
ш
Iш – ток через шунт, А.
При параллельном соединении:
I A rA I A rA
rш
A A ш ш
Iш
I IA
I I I
I r I r
I
rA
rш
, n
IA
n 1
– коэффициент
шунтирования.
460

449.

Для расширения пределов
измерения амперметров в
цепях синусоидального
(переменного) тока
применяются
трансформаторы тока,
которые служат для
преобразования больших
токов в малые.
461

450.

462

451.

Трансформаторы тока
Измерительный ТТ состоит из
стержневого или кольцевого
магнитопровода, набранного из тонких
изолированных листов высокосортной
трансформаторной стали. На одном
стержне намотана первичная обмотка,
как правило, выполненная из толстого
провода и с малым числом витков ω1
(иногда это может быть просто стержень
– 1 виток).
463

452.

464

453.

Вторичная обмотка имеет обычно
большое число витков ω2, которое
рассчитывают таким образом, чтобы при
подключении к ней амперметра, т.е.
прибора с очень малым внутренним
сопротивлением, номинальный ток в
ней составил бы 5 А. Вместо
амперметра вторичная обмотка
шунтируется малым сопротивлением,
падение напряжения на котором
пропорционально току вторичной
обмотки.
465

454.

Так как
I1W1 I 2W2
W2
I1 I 2
W1
Обычно число витков W1 небольшое (1–
4 витка), а число витков W2 много
больше 1. Из формулы видно, что чем
больше число витков W2, тем меньше
измеряемый ток I2.
466

455. Тема Измерение тока, напряжения и мощности

На паспорте ТТ в виде дроби
указывается коэффициент
трансформации трансформатора тока:
I1 w2
K
I 2 w1
где I1 – ток первичной обмотки, А;
I2 – ток вторичной обмотки, А;
w1 – число витков первичной
обмотки;
w2 – число витков вторичной
обмотки.
467

456.

Например, 100/5 А означает, что
данный трансформатор тока
рассчитан на первичный ток 100 А и
вторичный ток 5 А. Коэффициент
трансформации этого
трансформатора K = 100/5 = 20.
Зная К и получив показания
амперметра во вторичной цепи
трансформатора тока I2, можно
определить первичный ток:
468

457.

I1 KI 2 .
Большинство трансформаторов тока
выпускаются с номинальным
вторичным током 1 А, 5 А.
469

458.

470

459.

Измерение напряжение
Для измерения напряжения служат
вольтметры. Они подключаются
параллельно участку, на котором
необходимо измерить напряжение.
Внутреннее сопротивление вольтметра
должно быть значительно больше
сопротивления участка, к которому он
подключается.
471

460.

В противном случае вольтметр
будет оказывать влияние на
токораспределение в
электрической цепи и результаты
измерения будут содержать
большую погрешность. Для
расширения пределов измерения
вольтметров последовательно с
ними включают
добавочные сопротивления.
472

461.

В приборах на напряжение до 300 В
добавочные сопротивления
вмонтированы в корпус приборов
или укреплены снаружи приборов.
Для измерения напряжений свыше
300 В добавочные сопротивления
присоединяют к одному из выводных
зажимов прибора.
473

462.

Добавочные сопротивления
рассчитывают так, чтобы в
цепи с увеличенным
напряжением по обмотке
(рамке) вольтметра проходил
тот же ток, что и при
номинальном напряжении, на
которое рассчитана обмотка.
474

463.

U
Обмотка рассчитана на ток I v r ,
v
Iv
U
rv
– ток, протекающий через
рамку вольтметра, А;
– напряжение на рамке, В;
– сопротивление рамки,
Ом.
При увеличении напряжения в цепи в
n раз, ток должен остаться прежним:
nU
U
Iv
,
rv r Д rv
475

464.

Отсюда
rдоб rv (п 1).
Пример. Вольтметром на 15 В
необходимо измерить напряжение
150 В. Определить добавочное
сопротивление, если внутреннее
сопротивление вольтметра 900 Ом.
476

465.

Решение:
1. Определим отношение
измеряемого напряжения к
напряжению вольтметра:
150
п
10.
15
2. Добавочное сопротивление
равно:
rдоб rv (п 1) 900 8 8100 Ом.
477

466.

478

467.

.
Для измерения высоких
напряжений синусоидального тока
применяют измерительные
трансформаторы напряжения.
Первичная обмотка трансформатора
напряжения включается
параллельно потребителю и имеет
большое число витков.
479

468.

В паспорте трансформатора напряжения
указывается отношение напряжений
первичной и вторичной обмоток.
Например, 5000/100 означает, что
номинальное напряжение первичной
обмотки 5000 В, вторичной – 100 В.
Коэффициент трансформации
напряжения равен:
5000
К
50
100
480

469.

Зная К и напряжение вторичной
обмотки, можно определить
первичное напряжение:
U1 KU 2
Большинство трансформаторов
напряжения выпускаются
номинальным вторичным
напряжением 100 В.
481

470.

482

471.

Измерение мощности
Для измерений мощности в цепях
постоянного и
синусоидального тока
промышленной частоты
применяются ваттметры,
обеспечивающие
непосредственный отсчет
мощности по шкале.
483

472.

Ваттметр электродинамической
системы состоит из двух катушек
(рамок):
• неподвижной, токовой из толстого
провода, включаемой
последовательно с потребителем;
• подвижной обмотки напряжения,
выполненной из тонкого провода,
включаемой параллельно
потребителю.
484

473.

При постоянном токе вращающий
момент электродинамического прибора
пропорционален произведению токов в
его обмотках:
М вр k I н I п ,
В ваттметре ток подвижной обмотки
прямо пропорционален приложенному
напряжению
I n U / Rn ,
485

474.

Следовательно, вращающий момент
прямо
пропорционален
мощности.
Поэтому электродинамический ваттметр
имеет равномерную шкалу, т.е.
U
'
M вр k I н
k P.
Rn
Вращающий момент
электродинамического прибора,
включенного в цепь синусоидального
тока:
M вр k I н I n cos ,
486

475.

то есть показания ваттметра
пропорциональны току, напряжению и
cosφ, то есть активной мощности цепи Р.
Ваттметр имеет четыре зажима: к
одним двум выводится токовая обмотка,
к другим двум – обмотка напряжения.
Первая пара зажимов включается в
измеряемую цепь последовательно,
вторая – параллельно. Начала обмоток
обозначаются
звездочками
(*)
и
соединяются вместе.
487

476.

На шкале ваттметра указываются
верхние пределы измерений тока и
напряжения. Если, например, на шкале
ваттметра обозначено
I = 5 А и U = 100 В,
это значит, что верхний предел
измерения ваттметра Р = 500 Вт, то есть
им можно измерять мощности до 500 Вт.
Очевидно, что цена деления ваттметра
равна:
Р I U
с
, n – число делений шкалы.
п
n
488

477.

489

478.

490

479.

В инженерной практике при контроле
различных технологических процессов
часто приходится измерять
неэлектрические величины:
механические, тепловые, световые и др.
Благодаря преимуществам для
измерения неэлектрических величин
используются средства и методы
электрических измерений.
491

480.

Для этого неэлектрическую величину
необходимо предварительно
преобразовать в электрический сигнал.
Такое преобразование осуществляется с
помощью датчиков или первичных
преобразований (ПП).
Все многообразие ПП делится на
генераторные и параметрические.
Генераторные ПП вырабатывают Э.Д.С.
или ток и для их функционирования, как
правило, не требуется дополнительный
источник питания.
492

481.

К ним относятся термоэлектрические
преобразователи (термопары),
пьезоэлектрические, индукционные
и ряд других.
Параметрические ПП преобразуют
изменение измеряемой неэлектрической
величины в изменение того или иного
параметра электрической цепи (R, L.C) и
для их работы требуется
дополнительный источник питания.
493

482.

К ним относятся терморезисторы,
тензорезисторы, реостатные,
индуктивные, емкостные
преобразователи и др.
Структурная схема устройства для
измерения неэлектрической
величины показана на рисунке.
494

483.

495

484.

Измеряемая неэлектрическая
величина Х поступает на вход ПП,
на выходе которого появляется
электрический сигнал Y(X). Далее
этот сигнал преобразуется в
электрической измерительной цепи
(ЭЦ) в другой электрический сигнал
Y ', который воспринимается
выходным устройством (ВУ),
преобразуя его, например, в
отклонение указателя а(х).
496

485.

Шкала выходного устройства
градуирована
непосредственно в значениях
неэлектрической величины Х.
497

486.

498