- •Федеральное агентство по образованию
- •Содержание
- •Часть 1. Теоретические основы электротехники и электроники.................................................................................................7
- •Тема 1. Теория электромагнитного поля – исходная база для изучения электротехники и электроники 7
- •Тема 2. Методы приближенного описания процессов в электрических и электронных системах 14
- •Часть 2. Электроснабжение предприятий...............................27
- •Тема 6. Полупроводниковые диоды и тиристоры, выпрямители на полупроводнгиковых приборах 57
- •Предисловие
- •Часть 1 теоретические основы электротехники
- •Введение
- •1.2. Основные характеристики электромагнитных полей
- •1.3. Распространение электромагнитных полей в вакууме и других средах
- •1.4. Понятие о векторе умова-пойтинга
- •1.5. Передача электроэнергии на большие расстояния
- •1.6. Распространение электромагнитеного поля вдоль проводящих каналов, сформированных в диэлектриках и полупроводниках
- •1.7. Вопросы для самоконтроля по теме 1.
- •1.8. Тест по теме 1.
- •Тема 2. Приближенные методы описания процессов в электрических и электронных системах
- •2.1. Введение
- •2.2. Приближенное описание электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля напряжениями и токами
- •2.3. Приближенное представление эдс, напряжений и токов гармоническими функциями со случайными, медленно меняющимися амплитудами и фазами
- •2.3.1.Аналитическое представление э.Д.С., напряжений и токов
- •2.3.2. Учет флуктуаций амплитуды и фазы при выполнении операций диференцирования и интегрирования
- •Собственно n-ая производная равна
- •2.4. Упрощенное описание э.Д.С., напряжений и токов гармоническими функциями с постоянными параметрами
- •2.4.1. Представление элементов электрических цепей в комплексном виде
- •2.4.2. Законы ома и кирхгофа в комплексном виде
- •2.4.3. Построение векторных диаграмм на вращающейся комплексной плоскости
- •2.4.4. Резонанс напряжений в цепи, состоящей из последовательно включеных катушки индуктивности и конденсатора
- •2.4.5. Резонанс токов при паралельном включении катушки индуктивности и емкости.
- •2.4.6. Несинусоидальные периодические напряжения и токи
- •2.5. Вопросы для самоконтроля по теме 2
- •2.6. Тест по теме 2
- •Часть 2. Электроснабжение предприятий тема 3.Многофазные электрические системы
- •3.1. Введение
- •3.2.Особенности построения многофазных электрических сетей
- •3.3. Включение приемников энергии по схеме «звезды»
- •3.4.Включение приемников энергии по схеме «треугольника»
- •3.5. Измерение напряжений, токов и мощностей в трехфазных электрических cистемах
- •3.5.1.Измерение мощностей в четырехпроводных трехфазных системах
- •3.5.2. Измерение активной мощности в трехпроводных трехфазных системах
- •3.6. Вопросы для самоконтроля по теме 3
- •3.7. Тест по теме 3
- •Тема.4 . Трансформаторы
- •4.1. Однофазные трансформаторы
- •Основные характеристики и режимы работы трансформаторов
- •4.2.Трехфазные трансформаторы
- •4.3.Автотрансформаторы
- •4.4.Трансформаторные подстанции
- •4.5. Вопросы для самоконтроля по теме 4
- •4.6. Тест по теме 4
- •Часть 3. Электроника
- •Тема 5. Транзисторы. Интегральные схемы на полупроводниковых приборах
- •5.1.Введение
- •5.2. Биполярные транзисторы
- •5.3. Мощные выходные усилители на биполярных транзисторах
- •5.4. Полевые канальные транзисторы с управляющим р-п переходом
- •5.5. Мдп-транзиторы с изолированным затвором и индуцированным проводящим каналом
- •5.6. Мдп-транзиторы с встроенным проводящим каналом
- •5.7. Усилители сигналов на мдп -транзисторах
- •5.7.1. Усилитель импульсных сигналов на кмдп-транзисторе
- •5.7.2. Усилители слабых сигналов на к-мдп-транзистора
- •5.7.3. Автогенератор на кмдп-транзисторах
- •5.7.4. Логические схемы на мдп-транзисторах
- •5.8. Интегральные операционные усилители
- •5.9.Автогенераторы колебаний напряжения
- •5.9.1.Условия существования установившихся колебаний напряжения
- •5.9.2.Условия самовозбуждения колебаний напряжения
- •5.9.3.Автогенератор с мостом вина в цепи обратной связи.
- •5.10. Вопросы для самоконтроля по теме 5
- •5.11. Тест по теме 5
- •Тема 6. Полупроводниковые диоды и тиристоры. Выпрямители на полупроводниковых приборах
- •6.1.Полупроводниковые диоды
- •6.2.Выпрямители на полупроводниковых диодах
- •6.3. Мостиковый выпрямитель на полупроводниковых
- •6.4. Тиристоры
- •6.5. Управляемые выпрямители на тиристорах
- •6.6. Импульсный выпрямитель с инвертором на мощном биполярном транзисторе
- •6.7. Стабилизаторы напряжения
- •6.7.1. Параметрические стабилизаторы напряжения
- •6.7.2. Компенсационные стабилизаторы напряжения
- •6.8. Вопросы для самоконтроля по теме 6.
- •6.9. Тест по теме 6
- •Решение тренировочных заданий
- •Тест по дисциплине
- •Вопросы к экзамену
- •Список рекомендуемой литературы
- •Словарь основных понятий
- •Список принятых сокращений
- •В.3.1.Основные единицы обозначение
- •Тема 1: 1) 3м; 2) 108 м/c; 3) 0,6 1015 Гц ; 4) 3; 5)1015 Гц.
3.4.Включение приемников энергии по схеме «треугольника»
Схема соединения приемников электроэнергии в треугольник приведена на рис.3.2.

Рис.3.2. Схема соединения приемников электроэнергии треугольником.
На схеме обозначено: IА, IВ, IС - линейные токи; IАВ, Iвс, IАс – фазные токи, ΖАВ, ΖВС, ΖСА– сопротивления нагрузки. В рассматриваемом случае вывод конца первого приемника электроэнергии (ΖАВ), соединяется с выводом начала второго приемника (Zвс), вывод конца второго приемника (Zвс) соединяется с выводом начала третьего приемника (ΖСА), а вывод конца третьего приемника (ΖСА) соединяется с выводом начала первого приемника (ΖАВ). Точки соединения соседних фаз подключается к трем линейным проводам A, В, С.
На
схеме показано также включение
амперметров, измеряющих линейные и
фазные токи и вольтметр, который может
быть подключен для измерения напряжений.
В рассматриваемой схеме при соединении
сопротивлений нагрузки по схеме
треугольника линейное напряжение равно
фазному Uл=Uф. При симметричной нагрузке
IЛ=
Iф.
При несимметричной нагрузке это
соотношение не соблюдается.
Схема соединения нагрузок в треугольник применяется, главным образом, в тех случаях, когда нагрузки в фазах не равны между собой и изменяются независимо во времени.
3.5. Измерение напряжений, токов и мощностей в трехфазных электрических cистемах
Схемы включения вольтметров и амперметров приведены выше на рис.3.1. и рис.3.2. По показаниям вольтметров и амперметров можно определить полную мощность потребляемую трехфазной сетью ( S).Полная мощность, передаваемая от источника электроэнергии потребителям в трехфазной цепи при одинаковых нагрузках в фазах, определяется выражениями:
S=
UлIл = 3UфIф, (3.1)
где Uл – линейное напряжение в сети,Iл – линейный ток,
Uф – фазное напряжение,I ф –фазный ток.
При чисто активной нагрузке активная мощность, передаваемая в нагрузку, равна полной мощности:
S=P=
Uл
Iл=3Uф
Iф.
(3.2)
При смешенной нагрузке активная мощность, передаваемая нагрузкам определяется выражением:
Р=
Uл
Iл
cosj
=3 Uф
Iф
cosj. (3.3.)
Реактивная мощность определяется следующим выражением:
Q=
Uл
Iл
sinj
=3 Uф
Iф
sinj. (3.4)
3.5.1.Измерение мощностей в четырехпроводных трехфазных системах
Измерение полной мощности в четырех проводной электрической цепи производится путем перемножения показаний вольтметров и амперметров согласно формуле (3.1).Для измерения активной мощности в каждую из фаз включается ваттметр. Токовая обмотка ваттметра включается в разрыв провода соответствующей фазы, а напряженческая обмотка между фазой и нулевым проводом. Ваттметр прокалиброван в ваттах с учетом сдвига фаз между током и напряжением. При равномерной нагрузке в фазах измерительные приборы включаются в цепи одной из фаз и их показания умножаются на три.
3.5.2. Измерение активной мощности в трехпроводных трехфазных системах
Если трехфазная цепь трехпроводная, то независимо от схемы соединения нагрузки, будь то звезда или треугольник и независимо от того, равномерная нагрузка или нет, мощность, потребляемую системой, можно измерить двумя однофазными ваттметрами. Токовые обмотки ваттметров включаются в две любые фазы, а обмотки напряжения – между третьей (незанятой) фазой и той фазой, в которую включена токовая обмотка данного ваттметра. Возможные схемы включения ваттметров показаны на рис. 3.3.

а) б) в)
Рис.3.3. Схемы включения ваттметров в трехпроводных сетях
При использовании показанных на рисунке схем включения ваттмеров общая мощность равна алгебраической сумме их показаний.
Построим векторную диаграмму токов и напряжений, действующих на измерительные системы приборов, включенных по схеме (рис.3.3 а). Нагрузку считаем симметричной, соединенной звездой, активно-индуктивного характера с разностью фаз между током и напряжением в каждой фазе j.Показания ваттметра, включенного в цепь переменного тока, пропорциональны произведению трех величин: току, напряжению и косинусу угла между током и напряжением. Из векторной диаграммы (рис.3.4.) видно, что в рассматриваемом случае показание ваттметров соответственно равны
![]()
![]()
Здесь берем напряжение Ucb, равное - Ubc, так как генераторный конец обмотки напряжения второго ваттметра подключен к фазе С, а не к В. Сумма показаний ваттметров равна
![]()

Рис.3.4 Рис.3.5
На рис. 3.5 построена векторная диаграмма, иллюстрирующая работу схемы включения ваттметров, приведенную на рис.3.3.б.
Для симметричного режима векторы линейных напряжений образуют равносторонний треугольник ABC. Линии, соединяющие центр тяжести этого треугольника с его вершинами, можно рассматривать как фазные напряжения приемника, соединенного звездой. При активно-индуктивной нагрузке токи отстают по фазе от напряжений на угол φ.
Первый ваттметр включен на напряжение Uac (заметим, Ūac=-Ūca) и через него протекает ток Īa. Измерительная система второго ваттметра находится под действием напряжения`Ubc и тока`Ib.
Из рассмотрения векторной диаграммы, можно установить, что ваттметр, включенный в опережающую фазу, показывает пропорционально cos(j-30°) при индуктивном характере нагрузки, а показания ваттметра, включенного в отстающую фазу, пропорционально cos(j+30°) при индуктивном и пропорционально cos(j-30°) при емкостном характере нагрузки. При равномерной активной нагрузке (j=0) показания обоих ваттметров одинаковы и равны половине общей измеряемой мощности. При любой другой (не активной) нагрузке, даже если она равномерна, показания ваттметров различны.
В случае включения нагрузки треугольником векторы линейных токов получаются как геометрические разности векторов токов фазовых и для симметричной системы углы в 30°будут между фазовыми и линейными токами. Например, линейные токи Īв и Īс в последовательных обмотках ваттметров схемы (рис.3.3.в) можно выразить через соответствующие фазовые токи
Īв=Īвс–Īав Īс=Īса–Īвс.
Фазовые токи отстают от фазовых напряжений на угол j. Угол между вектором тока Īв и вектором напряженияŪва, приложенного к цепи первого ваттметра, равенb1=60–30–j=30–j.

Угол между вектором тока`Iс и вектором напряжения`Uсa, приложенного к параллельной цепи второго ваттметра,b2=30°+j. Тогда первый ваттметр покажет мощностьP1=Uл*Iл*Cosb1, а второй ваттметрP2=Uл*Iл*Cosb2.
Для получения мощности P всей трехфазной цепи необходимо алгебраически, то есть с учетом знаков, сложить показания ваттметров.
В зависимости от значения угла сдвига фаз в цепи показания одного ваттметра отличаются от показаний другого, причем показания одного ваттметра всегда положительны, а показания второго могут стать отрицательными. При сдвиге фаз более 60°(работа многих электрических машин в режиме холостого хода) cos(j+30°) – величина отрицательная, стрелка второго ваттметра отклонится в обратную сторону от нуля. Для отчета отрицательных значений мощности переключают зажимы одной из обмоток ваттметра (токовой или обмотки напряжения), и общая мощность в этом случае равна разности показаний ваттметров.
При
выборе ваттметров нужно учесть, что их
измерительные цепи включены на линейные
токи и на линейные напряжения. Для
симметричных трехфазных цепей при
соединении звездой линейные токи равны
фазовым, а линейные напряжения в
раз больше фазовых. При соединении
треугольником равны фазовые и линейные
напряжения, а линейные токи в
раза больше фазовых. Активная мощность
симметричной трехфазной цепи связана
с линейными величинами соотношением
![]()
и всегда равна сумме мощностей во всех фазах.
Шкалы многопредельных приборов калибруются в относительных делениях, например, могут иметь αm=100 делений. Значения измеряемой величины, приходящиеся на одно деление шкалы, называют ценой деления или постоянной прибора. Она равна:
С= предел измерения в Вт/число делений шкалы.
Переносные приборы обычно выполняются на несколько пределов измерения. Для ваттметров пределы измерения указываются по току и по напряжеию. В большинстве случаев ваттметры калибруются для значения cosφ=1 и поэтому их предел измерения в Ваттах определяется путем перемножения номинальных значений тока и напряжения. Например, для ваттметра со шкалой, имеющей αmделений, постоянная прибора С равна:
C=(Iном*Uном)/ α m Вт/дел.
Если стрелка ваттметра отклонилась на α делений, значение измеряемой этим ваттметром мощности, равно P=C*α. При выборе типа ваттметра пределы измерения должны быть не меньше значений тех токов и напряжений, на которые они будут включены. С точки зрения точности результатов измерений желательно, чтобы предел измерения превышал значение измеряемой величины не более, чем на 25%, во всяком случае, стремятся, чтобы отсчет показаний производился во второй половине шкалы. В противном случае приходится выбирать прибор более высокого класса точности.
