Elementy elektrotechniki i elektroniki dla wydziałów chemicznych / Zdzisław Gientkowski. Bydgoszcz, 2015 Spis treści Przedmowa 7 Wstęp 9 1. PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI 11 1.1. Prąd stały 11 1.1.1. Podstawowe pojęcia i określenia 11 1.1.2. Prawo Ohma 16 1.1.3. Sposoby łączenia rezystancji 18 1.1.3.1. Szeregowe łączenie rezystancji 18 1.1.3.2. Równoległe łączenie rezystancji 20 1.1.4. Spadki napięć w obwodzie zamkniętym 22 1.1.5. Prawa Kirchhoffa 24 1.1.5.1. Pierwsze prawo Kirchhoffa 24 1.1.5.2. Drugie prawo Kirchhoffa 26 1.1.6. Sposoby łączenia źródeł energii elektrycznej 27 1.1.6.1. Łączenie szeregowe 27 1.1.6.2. Łączenie równoległe 28 1.1.6.3. Łączenie szeregowo-równoległe 29 1.1.7. Praca i moc elektryczna. Prawo Joule'a 31 1.1.8. Chemiczne działanie prądu elektrycznego 33 1.1.8.1. Zjawisko elektrolizy 34 1.1.8.2. Ogniwa i akumulatory 38 1.2. Pole magnetyczne 47 1.2.1. Pole magnetyczne prądu elektrycznego 47 1.2.2. Indukcja magnetyczna i strumień magnetyczny 50 1.2.3. Natężenie pola magnetycznego - przenikalność magnetyczna 53 1.2.4. Pole magnetyczne w żelazie 56 1.2.5. Obwody magnetyczne 59 1.2.6. Oddziaływanie elektrodynamiczne przewodników z prądem 65 1.2.7. Indukcja elektromagnetyczna 68 1.2.8. Samoindukcja 70 1.2.9. Indukcja wzajemna 75 1.2.10. Prądy wirowe 76 1.2.11. Energia pola magnetycznego 78 1.3. Pole elektryczne 79 1.3.1. Pole elektryczne - definicje i określenia 79 1.3.2. Indukcja elektryczna 82
1.3.3. Kondensatory - pojemność kondensatorów 84 1.3.4. Łączenie kondensatorów 88 1.3.4.1. Szeregowe łączenie kondensatorów 88 1.3.4.2. Równoległe łączenie kondensatorów 88 1.3.5. Energia pola elektrycznego 89 1.4. Prąd sinusoidalnie zmienny 90 1.4.1. Podstawowe pojęcia i określenia 90 1.4.2. Wytwarzanie sinusoidalnej siły elektromotorycznej 91 1.4.3. Wykresy wektorowe wielkości sinusoidalnie zmiennych 98 1.4.4. Wartości średnia i skuteczna wielkości sinusoidalnie zmiennych 103 1.4.4.1. Wartość średnia prądu 103 1.4.4.2. Wartość skuteczna prądu 105 1.4.5. Moc i praca w obwodach prądu sinusoidalnie zmiennego 106 1.4.5.1. Moc w obwodach prądu sinusoidalnie zmiennego 106 1.4.5.2. Praca w obwodach prądu sinusoidalnie zmiennego 109 1.4.6. Obwody jednofazowe prądu sinusoidalnie zmiennego 110 1.4.6.1. Obwody nierozgałęzione z pojedynczymi elementami R, L, С 110 1.4.6.2. Obwody nierozgałęzione z szeregowo połączonymi elementami R, L, С 124 1.4.6.3. Obwody zawierające cewkę z rdzeniem żelaznym 130 1.4.7. Prąd przemienny trójfazowy 133 1.4.7.1. Wytwarzanie trójfazowej siły elektromotorycznej 133 1.4.7.2. Układy trójfazowe skojarzone w gwiazdę 137 1.4.7.3. Układy trójfazowe skojarzone w trójkąt 140 1.4.7.4. Moce w symetrycznych układach trójfazowych 141 1.5. Podstawy metrologii wielkości elektrycznych 142 1.5.1. Ogólne wiadomości dotyczące miernictwa wielkości elektrycznych 142 1.5.2. Pomiary prądów i napięć w obwodach prądu stałego 145 1.5.2.1. Analogowe mierniki magnetoelektryczne 145 1.5.2.2. Mierniki cyfrowe napięć i prądów stałych 151 1.5.3. Pomiary prądów, napięć, mocy i energii w jednofazowych obwodach prądu przemiennego 152 1.5.3.1. Analogowe mierniki elektromagnetyczne 153 1.5.3.2. Analogowe mierniki elektrodynamiczne i ferrodynamiczne 156 1.5.3.3. Mierniki cyfrowe napięć i prądów sinusoidalnie zmiennych 159 1.5.3.4. Mierniki indukcyjne-pomiar energii 160 1.5.4. Pomiary częstotliwości 162 1.5.5. Pomiary współczynnika mocy i kąta przesunięcia fazowego 163 1.5.6. Pomiary rezystancji, pojemności i indukcyjności 165 1.5.6.1. Pomiary rezystancji 165 1.5.6.2. Pomiary pojemności 166 1.5.6.3. Pomiary indukcyjności 167 1.5.7. Pomiary mocy czynnej w obwodach trójfazowych 167 1.5.7.1. Pomiary mocy czynnej w obwodach trójfazowych czteroprzewodowych 167
1.5.7.2. Pomiary mocy czynnej w obwodach trójfazowych trójprzewodowych 169 1.5.8. Pomiary mocy biernej w obwodach trójfazowych 170 2. ELEMENTY I URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE 171 2.1. Transformatory 171 2.1.1. Budowa transformatora 171 2.1.2. Zasada działania jednofazowego transformatora idealnego 172 2.1.3. Transformator rzeczywisty 174 2.1.4. Stany pracy transformatora 175 2.1.4.1. Stan jałowy 176 2.1.4.2. Stan zwarcia 178 2.1.4.3. Stan obciążenia 182 2.1.5. Trójfazowe transformatory energetyczne 184 2.2. Autotransformatory 185 2.3. Przekładniki 187 2.3.1. Przekładniki napięciowe 187 2.3.2. Przekładniki prądowe 188 2.4. Urządzenia działające na zasadzie elektromagnesu 189 2.4.1. Przekaźniki i styczniki elektromagnetyczne 190 2.4.2. Zawory elektromagnetyczne 191 2.5. Silniki elektryczne 193 2.5.1. Silniki prądu stałego 193 2.5.1.1. Budowa 193 2.5.1.2. Zasada działania 194 2.5.1.3. Rozruch 196 2.5.1.4. Regulacja prędkości obrotowej 197 2.5.2. Silniki asynchroniczne trójfazowe 199 2.5.2.1. Budowa 199 2.5.2.2. Zasada działania 200 2.5.2.3. Schemat zastępczy i charakterystyka mechaniczna 202 2.5.2.4. Rozruch 203 2.5.2.5. Regulacja prędkości obrotowej 205 2.5.3. Silniki indukcyjne jednofazowe 206 2.5.4. Praca trójfazowego silnika indukcyjnego przy zasilaniu z sieci jednofazowej 208 3. ELEMENTY I UKŁADY ELEKTRONICZNE 209 3.1. Elementy elektroniczne pasywne 211 3.1.1. Rezystory 211 3.1.1.1. Rezystory stałe 211 3.1.1.2. Rezystory nastawne i potencjometry 215 3.1.2. Kondensatory 217 3.1.2.1. Kondensatory stałe 218 3.1.2.2. Kondensatory nastawne 221
3.2. Elementy elektroniczne aktywne 221 3.2.1. Podstawy fizyczne techniki półprzewodnikowej 221 3.2.2. Diody półprzewodnikowe 224 3.2.3. Tranzystory 228 3.2.3.1. Tranzystory bipolarne (warstwowe) 228 3.2.3.2. Tranzystory unipolarne (kanałowe) 230 3.2.4. Tyrystory 231 3.2.5. Symistory 232 3.3. Układy scalone 234 3.4. Wzmacniacze 236 3.5. Prostowniki 239 3.6. Filtry 241 3.7. Stabilizatory napięcia stałego 242 3.8. Zasilacze do urządzeń elektronicznych 245 3.8.1. Zasilacze niestabilizowane 245 3.8.2. Zasilacze stabilizowane 245 3.8.3. Zasilacze bezprzerwowe (UPS) 246 3.9. Regulatory prędkości obrotowej silników prądu stałego 248 3.10. Regulatory mocy prądu przemiennego 249 4. UKŁADY POMIAROWE WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH 250 4.1. Układy mostkowe do pomiaru rezystancji 250 4.2. Układy do pomiaru temperatury 253 4.3. Układy do pomiaru ciśnienia i różnicy ciśnień 257 4.4. Układy do pomiaru poziomu cieczy w zbiornikach zamkniętych 260 4.5. Układy do pomiaru przepływu cieczy 260 4.6. Analizatory gazu 264 4.7. Układy i urządzenia do pomiaru czasu 264 4.8. Inne układy pomiarowe 266 4.8.1. Pomiar stężenia elektrolitów 266 4.8.2. Pomiar wskaźnika ph 267 4.8.3. Pomiar potencjału redukująco-utleniającego 267 4.8.4. Pomiar wilgotności ciał stałych 268 5. ELEMENTY TECHNIKI CYFROWEJ 269 5.1. Dwójkowy (binarny) system liczbowy 269 5.2. Podstawowe bramki logiczne 271 5.3. Przetworniki wielkości analogowych na cyfrowe i cyfrowych na analogowe 274 5.3.1. Przetworniki wielkości analogowych na cyfrowe 274 5.3.2. Przetworniki wielkości cyfrowych na analogowe 277 5.4. Budowa najprostszej maszyny cyfrowej 280 5.5. Oscyloskop cyfrowy 281
6. WYTWARZANIE, PRZESYŁANIE I ROZDZIAŁ ENERGII ELEKTRYCZNEJ 283 7. ZASADY BEZPIECZNEJ OBSŁUGI URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH 286 7.1. Oddziaływanie prądu na organizm ludzki 286 7.2. Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym 288 7.3. Zasady bezpiecznej pracy z urządzeniami elektrycznymi i elektronicznymi 290 LITERATURA 293 oprac. BPK