Laboratorium z podstaw elektrotechniki i elektroniki Siewierz

Laboratorium z podstaw elektrotechniki i elektroniki. Spis treści Przedmowa 11 1. Pomiary wielkości elektrycznych 13 1.1. Przyrządy pomiarowe 16 1.2. Woltomierze elektromagnetyczne 18 1.3. Amperomierze elektromagnetyczne 19 1.4. Watomierze prądu przemiennego 22 1.4.1. Pomiary mocy w obwodach prądu jednofazowego 23 1.5. Pomiary oscyloskopowe 24 2. Pomiary w obwodach prądu stałego 27 2.1. Prąd elektryczny i jego parametry 27 2.2. Rodzaje prądu elektrycznego 30 2.3. Elementy obwodów elektrycznych prądu stałego 31 2.4. Podstawowe prawa obwodów prądu stałego 32 2.4.1. Prawo Ohma dla prądu stałego 32 2.4.2. Prawa Kirchhoffa dla prądu stałego 33 2.4.3. Współpraca rzeczywistego źródła z odbiornikiem 35 2.5. Pomiary prądu stałego 37 2.6. Pomiary napięcia stałego 37 2.7. Pomiary rezystancji 38 2.7.1. Pomiary rezystancji metodą techniczną 38 2.7.1.1. Układ poprawnie mierzonego prądu 39 2.7.1.2. Układ poprawnie mierzonego napięcia 40 2.7.2. Pomiary rezystancji metodami mostkowymi 41 2.8. Przykładowe pytania sprawdzające 42 2.9. Pomiary laboratoryjne 43 2.9.1. Pomiary prądów i napięć w obwodzie rozgałęzionym 43 2.9.2. Pomiary rezystancji metodą techniczną 44 2.9.3. Wyznaczanie parametrów źródła rzeczywistego 45 3. Obwody jednofazowe prądu sinusoidalnego 47 3.1. Graficzny i matematyczny opis przebiegu prądu sinusoidalnego 47 3.2. Prawo Ohma dla prądu sinusoidalnego 50 3.3. Moce przy prądzie sinusoidalnym 51 3.4. Impedancja szeregowego i admitancja równoległego połączenia elementów pasywnych 55 3.5. Kompensacja mocy biernej 56 3.6. Przykładowe pytania sprawdzające 59 3.7. Pomiary laboratoryjne 59 3.7.1. Badanie prostych obwodów prądu sinusoidalnego 59 3.7.2. Pomiary w obwodzie szeregowym RL (ze zmienną rezystancją) 60 3.7.3. Kompensacja mocy biernej indukcyjnej 62 4. Badanie obwodów trójfazowych 65 4.1. Powstawanie prądu trójfazowego 65 4.2. Połączenie odbiornika w gwiazdę 66 4.3. Połączenie odbiornika w trójkąt 70 4.4. Przełączanie gwiazda - trójkąt 72 4.5. Pomiary mocy w układach trójfazowych 73 4.6. Przykładowe pytania sprawdzające 75 4.7. Pomiary laboratoryjne 76 4.7.1. Badanie odbiornika rezystancyjnego połączonego w gwiazdę 76 4.7.2. Badanie odbiornika impedancyjnego 77 4.7.3. Badanie symetrycznego odbiornika rezystancyjnego połączonego w trójkąt 79 5. Elektryczne obwody rezonansowe 81 5.1. Zjawisko rezonansu w obwodach elektrycznych 81 5.2. Parametry charakteryzujące obwody rezonansowe 82 5.3. Szeregowy obwód rezonansowy 83 5.4. Równoległy obwód rezonansowy 87 5.5. Przykładowe pytania sprawdzające 89 5.6. Pomiary laboratoryjne 89 5.6.1. Badanie właściwości rezonansu napięć 89 5.6.2. Badanie właściwości rezonansu prądów 90 6. Badanie transformatora jednofazowego 91 6.1. Budowa i zasada działania transformatora 91 6.2. Stan jałowy transformatora 92 6.3. Stan obciążenia transformatora 95 6.4. Stan zwarcia transformatora 98 6.5. Przykładowe pytania sprawdzające 99 6.6. Pomiary laboratoryjne 100 6.6.1. Pomiar przekładni i próba stanu jałowego 100 6.6.2. Próba zwarcia 101 6.6.3. Próba obciążenia 103 7. Stany nieustalone 105 7.1. Zjawisko komutacji w obwodach elektrycznych 105 7.2. Załączenie napięcia w obwodzie RL 107 7.3. Załączenie napięcia w obwodzie RC 109 7.4. Stany nieustalone w szeregowym połączeniu RLC 111 7.5. Płaszczyzna fazowa 114 7.6. Przykładowe pytania sprawdzające 116 7.7. Pomiary laboratoryjne 116 7.7.1. Badanie obwodów RL i RC 116 7.7.2. Analiza zjawiska komutacji w obwodzie RLC 117 7.7.3. Badanie obwodu RLC metodami symulacyjnymi 118 8. Badanie silnika asynchronicznego 119 8.1. Budowa i zasada działania silnika asynchronicznego 119 8.2. Charakterystyki mechaniczne silnika 120 8.3. Poślizg, sprawność i prędkość obrotowa 121 8.4. Rozruch i regulacja prędkości silników indukcyjnych 123 8.5. Charakterystyka mechaniczna silnika pierścieniowego i klatkowego przy regulacji prędkości obrotowej 126 8.6. Przykładowe pytania sprawdzające 129 8.7. Pomiary laboratoryjne 129 8.7.1. Wyznaczanie charakterystyk mechanicznych silnika asynchronicznego przy częstotliwościowej regulacji obrotów 129 9. Badanie silnika prądu stałego 131 9.1. Budowa i zasada działania silnika prądu stałego 131 9.2. Podstawowe zależności opisujące pracę maszyn prądu sta- łego 132 9.3. Silniki samowzbudne i obcowzbudne 135 9.4. Rozruch i hamowanie silnika szeregowego 137 9.5. Rozruch i hamowanie silnika obcowzbudnego 141 9.6. Charakterystyki mechaniczne (zewnętrzne) silników prądu stałego 142 9.7. Przykładowe pytania sprawdzające 144 9.8. Pomiary laboratoryjne 145 9.8.1. Regulacja prędkości obrotowej silnika za pomocą zmiany napięcia w obwodzie twornika 145 9.8.2. Regulacja prędkości obrotowej silnika za pomocą prądu wzbudzenia 146 10. Układy napędowe z silnikiem prądu stałego 147 10.1. Metoda rezystancyjna regulacji prędkości 147 10.2. Regulacja prędkości przez zmianę strumienia magnetycznego Φ 148 10.3. Regulacja prędkości przez zmianę napięcia twornika 149 10.4. Układ Ward-Leonarda 149 10.4.1. Rozruch układu Leonarda 153 10.4.2. Praca hamulcowa 153 10.4.3. Wykorzystanie prostownika sterowanego 155 10.4.3.1. Stałe czasowe układu regulacji 157 10.5. Przykładowe pytania sprawdzające 160 10.6. Pomiary laboratoryjne 160 10.6.1. Badanie układu Leonarda 160 10.6.2. Badanie zespołu maszyn wraz ze sterownikiem tyrystorowym 161 11. Badanie silnika skokowego 163 11.1. Idea funkcjonowania silnika skokowego 163 11.2. Budowa silnika skokowego 164 11.3. Algorytm sterowania silników skokowych 169 11.4. Charakterystyki statyczne silników skokowych 174 11.5. Charakterystyki dynamiczne silników skokowych 175 11.6. Przykładowe pytania sprawdzające 176 11.7. Pomiary laboratoryjne 177 11.7.1. Wyznaczenie charakterystyki mechanicznej 177 11.7.2. Wyznaczenie charakterystyk dynamicznych 178 11.7.2.1. Wyznaczenie częstotliwości rozruchowej 178 11.7.2.2. Wyznaczenie częstotliwości roboczej 178 12. Badanie układu nawrotnego 179 12.1. Charakterystyki mechaniczne silnika klatkowego przy pracy nawrotnej 179 12.2. Nagrzewanie się silnika przy pracy nawrotnej 180 12.3. Hamowanie elektryczne i rozruch silnika 183 12.4. Aparatura stosowana przy pracy nawrotnej 185 12.5. Przykładowe pytania sprawdzające 186 12.6. Pomiary laboratoryjne 187 13. Ochrona przeciwporażeniowa i zabezpieczenia urządzeń elektrycznych 189 13.1. Zabezpieczenia od zwarć i przeciążeń 189 13.1.1. Bezpieczniki topikowe 189 13.1.2. Zabezpieczenia elektromagnetyczne 191 13.1.3. Zabezpieczenia termiczne 192 13.1.4. Zasady doboru zabezpieczeń 193 13.2. Ochrona przeciwporażeniowa 195 13.2.1. Ochrona od porażeń w urządzeniach elektrycznych 198 13.2.1.1. Uziemienie ochronne 201 13.2.1.2. Zerowanie ochronne 202 13.3. Przykładowe pytania sprawdzające 204 13.4. Pomiary laboratoryjne 204 13.4.1. Sprawdzenie skuteczności zerowania 204 13.4.2. Pomiar rezystancji izolacji 205 13.4.3. Zdejmowanie charakterystyki czasowo-prądowej zabezpieczenia termicznego 205 13.4.4. Badanie wyłącznika różnicowoprądowego 206 14. Badanie elektronicznych elementów półprzewodnikowych 207 14.1. Budowa półprzewodników i ich własności elektryczne 207 14.2. Złącze p-n 209 14.2.1. Własności złącza spolaryzowanego w kierunku przewodzenia 210 14.2.2. Własności złącza spolaryzowanego w kierunku zaporowym 210 14.3. Diody półprzewodnikowe 211 14.3.1. Półprzewodnikowe diody prostownicze 211 14.3.2. Dioda Zenera 212 14.3.3. Dioda pojemnościowa 213 14.3.4. Dioda tunelowa 214 14.3.5. Fotodioda i fotoogniwo 214 14.4. Tranzystory 215 14.5. Tyrystor 219 14.6. Triak 221 14.7. Przykładowe pytania sprawdzające 222 14.8. Pomiary laboratoryjne 222 14.8.1. Badanie diod półprzewodnikowych 222 14.8.2. Wyznaczanie charakterystyk tranzystorów 224 14.8.3. Badanie tyrystora 224 15. Badanie układu zasilającego prądu stałego 227 15.1. Idea funkcjonowania zasilacza 227 15.2. Prostowniki 228 15.2.1. Prostownik jednofazowy półokresowy 228 15.2.2. Prostownik jednofazowy pełnookresowy 230 15.2.3. Prostowniki wielofazowe 232 15.3. Filtry wygładzające RC, LC 233 15.4. Stabilizatory napięcia 235 15.4.1. Stabilizator równoległy 236 15.4.2. Stabilizator szeregowy 237 15.4.3. Stabilizator impulsowy 240 15.5. Przykładowe pytania sprawdzające 241 15.6. Pomiary laboratoryjne 242 15.6.1. Badanie prostownika jednopołówkowego i dwupoówkowego 242 15.6.2. Badanie właściwości prostownika z filtrem 243 15.6.3. Badanie członu stabilizatora 243 16. Badanie układów pracy wzmacniaczy operacyjnych 245 16.1. Idea działania wzmacniaczy operacyjnych 245 16.2. Własności idealnego wzmacniacza operacyjnego 247 16.3. Podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych 248 16.3.1. Komparator 248 16.3.2. Wzmacniacz operacyjny ze sprzężeniem zwrotnym 249 16.4. Przykładowe pytania sprawdzające 258 16.5. Pomiary laboratoryjne 258 16.5.1. Badanie układu sumującego 258 16.5.2. Badanie układu różnicowego 259 16.5.3. Badanie układu różniczkującego 259 16.5.4. Badanie układu całkującego 260 16.5.5. Badanie wzmacniacza logarytmującego 260 16.5.6. Badanie układu mnożącego 262 17. Sprzężenie zwrotne 263 17.1. Pojęcie sprzężenia zwrotnego 263 17.2. Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego 264 17.3. Rodzaje sprzężeń zwrotnych 265 17.3.1. Ujemne i dodatnie sprzężenie zwrotne 265 17.3.2. Układy sprzężenia zwrotnego 267 17.4. Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na parametry układu elektrycznego 268 17.4.1. Wpływ na zniekształcenia 268 17.4.2. Wpływ na parametry robocze wzmacniaczy 270 17.5. Przykładowe pytania sprawdzające 274 17.6. Pomiary laboratoryjne 274 17.6.1. Zdejmowanie charakterystyki przejściowej 275 17.6.2. Zdejmowanie charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej 276 17.6.3. Pomiar modułu impedancji wejściowej 277 17.6.4. Pomiar modułu impedancji wyjściowej 277 18. Podstawy techniki cyfrowej 279 18.1. Podstawowe pojęcia techniki cyfrowej 279 18.2. Minimalizacja funkcji logicznych 281 18.3. Podstawowe układy cyfrowe – bramki logiczne 282 18.4. Przerzutniki 284 18.5. Asynchroniczny przerzutnik RS 285 18.6. Przerzutniki synchroniczne 286 18.7. Liczniki 287 18.8. Rejestry 289 18.9. Multipleksery i demultipleksery 289 18.10. Konwertery kodów 290 18.11. Przykładowe pytania sprawdzające 291 18.12. Pomiary laboratoryjne 291 18.12.1. Badanie bramek logicznych 291 18.12.2. Badanie przerzutników 292 Literatura 293