Laboratorium z podstaw elektrotechniki i elektroniki.

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