Delmar's Standard Textbook of Electricity, 5th Edition

Cover Page......Page 1
Title Page......Page 3
Copyright Page......Page 4
Contents......Page 5
Dedication Page......Page 18
A Note about Calculations......Page 19
New to this Edition......Page 20
• Math Presentation......Page 21
• “Why You Need to Know”......Page 22
Supplement Package......Page 23
About the Author......Page 25
Acknowledgments......Page 26
Electrical Personnel......Page 27
Union and Nonunion Employees......Page 28
Communication......Page 29
Working on a Team......Page 30
Green Building......Page 31
Solar Energy......Page 32
Wind Power......Page 35
Lighting......Page 38
Summary......Page 39
SECTION l: Safety, Basic Electricity, and Ohm’s Law......Page 40
Safety Overview......Page 41
S–1: General Safety Rules......Page 42
S–2: Effects of Electric Current on the Body......Page 44
S–3: On the Job......Page 45
S–4: Protective Clothing......Page 50
S–5: Ladders and Scaffolds......Page 54
S–6: Fires......Page 57
S–7: Ground-Fault Circuit Interrupters......Page 58
S–8: Arc-Fault Circuit Interrupters (AFCIs)......Page 60
S–9: Grounding......Page 66
UNIT 1: Atomic Structure......Page 72
1–1: Early History of Electricity......Page 73
1–2: Atoms......Page 75
1–3: The Law of Charges......Page 79
1–4: Structure of the Atom......Page 80
1–5: Electron Orbits......Page 82
1–6: Valence Electrons......Page 84
1–7: Electron Flow......Page 85
1–9: Semiconductors......Page 90
1–10: Molecules......Page 91
1–11: Methods of Producing Electricity......Page 92
1–12: Electrical Effects......Page 94
UNIT 2: Electrical Quantities and Ohm’s Law......Page 97
2–1: The Coulomb......Page 98
2–2: The Ampere......Page 99
2–4: The Conventional Current Flow Theory......Page 100
2–5: Speed of Current......Page 102
2–6: Basic Electric Circuits......Page 105
2–7: The Volt......Page 107
2–8: The Ohm......Page 108
2–9: The Watt......Page 110
2–10: Other Measures of Power......Page 112
2–11: Ohm’s Law......Page 114
2–12: Metric Prefixes......Page 120
UNIT 3: Static Electricity......Page 126
3–1: Static Electricity......Page 127
3–3: The Electroscope......Page 129
3–4: Static Electricity in Nature......Page 132
3–5: Nuisance Static Charges......Page 135
3–6: Useful Static Charges......Page 136
UNIT 4: Magnetism......Page 141
4–1: The Earth Is a Magnet......Page 142
4–3: The Electron Theory of Magnetism......Page 144
4–4: Magnetic Materials......Page 146
4–5: Magnetic Lines of Force......Page 147
4–6: Electromagnetics......Page 148
4–7: Magnetic Measurement......Page 151
4–8: Magnetic Polarity......Page 153
4–9: Demagnetizing......Page 154
4–10: Magnetic Devices......Page 155
UNIT 5: Resistors......Page 158
5–1: Uses of Resistors......Page 159
5–2: Fixed Resistors......Page 161
5–3: Color Code......Page 164
5–4: Standard Resistance Values of Fixed Resistors......Page 170
5–5: Power Ratings......Page 172
5–6: Variable Resistors......Page 173
5–7: Schematic Symbols......Page 176
SECTION ll: Basic Electric Circuits......Page 180
UNIT 6: Series Circuits......Page 181
6–1: Series Circuits......Page 182
6–2: Voltage Drops in a Series Circuit......Page 183
6–4: Calculating Series Circuit Values......Page 185
6–5: Solving Circuits......Page 187
6–6: Voltage Dividers......Page 200
6–7: The General Voltage Divider Formula......Page 202
6–8: Voltage Polarity......Page 203
6–9: Using Ground as a Reference......Page 204
UNIT 7:Parallel Circuits......Page 210
7–1: Parallel Circuit Values......Page 211
7–2: Parallel Resistance Formulas......Page 214
UNIT 8: Combination Circuits......Page 236
8–1: Combination Circuits......Page 237
8–2: Solving Combination Circuits......Page 238
8–3: Simplifying the Circuit......Page 239
UNIT 9: Kirchhoff’s Laws, Thevenin’s, Norton’s, and Superposition Theorems......Page 264
9–1: Kirchhoff’s Laws......Page 265
9–2: Thevenin’s Theorem......Page 272
9–3: Norton’s Theorem......Page 276
9–4: The Superposition Theorem......Page 280
SECTION lll: Meters and Wire Sizes......Page 294
UNIT 10: Measuring Instruments......Page 295
10–1: Analog Meters......Page 296
10–2: The Voltmeter......Page 298
10–3: Multirange Voltmeters......Page 300
10–4: Reading a Meter......Page 302
10–5: The Ammeter......Page 306
10–6: Ammeter Shunts......Page 307
10–8: The Ayrton Shunt......Page 310
10–9: AC Ammeters......Page 315
10–10: Clamp-On Ammeters......Page 319
10–11: DC–AC Clamp-On Ammeters......Page 322
10–12: The Ohmmeter......Page 325
10–13: Shunt-Type Ohmmeters......Page 327
10–14: Digital Meters......Page 328
10–15: The Low-Impedance Voltage Tester......Page 332
10–16: The Oscilloscope......Page 334
10–17: The Wattmeter......Page 345
10–18: Recording Meters......Page 347
10–19: Bridge Circuits......Page 349
UNIT 11: Using Wire Tables and Determining Conductor Sizes......Page 355
11–1: The American Wire Gauge (AWG)......Page 356
11–2: Using the NEC Charts......Page 359
11–3: Factors That Determine Ampacity......Page 361
11–4: Correction Factors......Page 363
11–5: Calculating Conductor Sizes and Resistance......Page 370
11–6: Calculating Voltage Drop......Page 381
11–7: Parallel Conductors......Page 383
11–8: Testing Wire Installations......Page 387
SECTION lV: Small Sources of Electricity......Page 394
UNIT 12: Conduction in Liquids and Gases......Page 395
12–1: The Ionization Process: Magnesium and Chlorine......Page 396
12–3: Electroplating......Page 399
12–5: Conduction in Gases......Page 401
12–6: Ionization in Nature......Page 406
UNIT 13: Batteries and Other Sources of Electricity......Page 408
13–1: History of the Battery......Page 409
13–2: Cells......Page 411
13–3: Cell Voltage......Page 412
13–4: Primary Cells......Page 413
13–5: Secondary Cells: Lead-Acid Batteries......Page 422
13–6: Other Secondary Cells......Page 428
13–7: Series and Parallel Battery Connections......Page 431
13–8: Other Small Sources of Electricity......Page 433
UNIT 14: Magnetic Induction......Page 446
14–1: ElectromagnetiC Induction......Page 447
14–2: Fleming’s Left-Hand Generator Rule......Page 450
14–4: Determining the Amount of Induced Voltage......Page 451
14–5: Lenz’s Law......Page 452
14–6: Rise Time of Current in an Inductor......Page 455
14–7: The Exponential Curve......Page 457
14–8: Inductance......Page 459
14–9: R-L Time Constants......Page 461
14–10: Induced Voltage Spikes......Page 462
SECTION V: Basics of Alternating Current......Page 470
UNIT 15: Basic Trigonometry and Vectors......Page 471
15–1: Right Triangles......Page 472
15–2: The Pythagorean Theorem......Page 473
15–3: Sines, Cosines, and Tangents......Page 475
15–5: Practical Application......Page 479
UNIT 16: Alternating Current......Page 492
16–1: Advantages of AC......Page 493
16–2: AC Waveforms......Page 494
16–3: Sine Wave Values......Page 500
16–4: Resistive Loads......Page 508
16–6: Skin Effect in AC Circuits......Page 509
SECTION VI: Alternating Current (AC) Circuits Containing Inductance......Page 516
UNIT 17: Inductance in AC Circuits......Page 517
17–1: Inductance......Page 518
17–2: Inductive Reactance......Page 521
17–3: Schematic Symbols......Page 525
17–4: Inductors Connected in Series......Page 526
17–5: Inductors Connected in Parallel......Page 527
17–6: Voltage and Current Relationships in an Inductive Circuit......Page 529
17–7: Power in an Inductive Circuit......Page 531
17–8: Reactive Power......Page 532
17–9: Q of an Inductor......Page 533
UNIT 18: Resistive-Inductive Series Circuits......Page 540
18–1: R-L Series Circuits......Page 541
18–2: Impedance......Page 543
18–3: Total Current......Page 545
18–4: Voltage Drop across the Resistor......Page 546
18–5: Watts......Page 547
18–8: Total Voltage......Page 548
18–10: Calculating the Apparent Power......Page 550
18–11: Power Factor......Page 552
18–12: Angle Theta......Page 554
UNIT 19: Resistive-Inductive Parallel Circuits......Page 569
19–1: Resistive-Inductive Parallel Circuits......Page 570
19–2: Calculating Circuit Values......Page 571
SECTION Vll: AC Circuits Containing Capacitors......Page 590
UNIT 20:Capacitors......Page 591
20–1: Capacitors......Page 592
20–2: Electrostatic Charge......Page 595
20–3: Dielectric Constant......Page 599
20–4: Capacitor Ratings......Page 600
20–6: Capacitors Connected in Series......Page 602
20–7: Capacitive Charge and Discharge Rates......Page 604
20–8: RC Time Constants......Page 605
20–9: Applications for Capacitors......Page 607
20–10: Nonpolarized Capacitors......Page 608
20–11: Polarized Capacitors......Page 611
20–12: Variable Capacitors......Page 614
20–13: Capacitor Markings......Page 615
20–15: Ceramic Capacitors......Page 617
20–16: Dipped Tantalum Capacitors......Page 618
20–17: Film Capacitors......Page 619
20–18: Testing Capacitors......Page 620
UNIT 21: Capacitance in AC Circuits......Page 627
21–1: Connecting the Capacitor into an AC Circuit......Page 628
21–2: Capacitive Reactance......Page 630
21–3: Calculating Capacitance......Page 631
21–4: Voltage and Current Relationships in a Pure Capacitive Circuit......Page 632
21–5: Power in a Pure Capacitive Circuit......Page 635
21–7: Capacitor Voltage Rating......Page 636
21–8: Effects of Frequency in a Capacitive Circuit......Page 637
21–9: Series Capacitors......Page 639
21–10: Parallel Capacitors......Page 643
UNIT 22: Resistive-Capacitive Series Circuits......Page 651
22–1: Resistive-Capacitive Series Circuits......Page 652
22–2: Impedance......Page 653
22–3: Total Current......Page 654
22–6: Capacitance......Page 655
22–8: Total Voltage......Page 656
22–10: Apparent Power......Page 657
22–12: Angle Theta......Page 658
UNIT 23: Resistive-Capacitive Parallel Circuits......Page 669
23–1: Operation of RC Parallel Circuits......Page 670
23–2: Calculating Circuit Values......Page 671
SECTION Vlll: AC Circuits Containing Resistance-Inductance-Capacitance......Page 686
UNIT 24: Resistive-Inductive-Capacitive Series Circuits......Page 687
24–1: RLC Series Circuits......Page 688
24–2: Series Resonant Circuits......Page 699
UNIT 25: Resistive-Inductive-Capacitive Parallel Circuits......Page 708
25–:1 RLC Parallel Circuits......Page 709
25–2: Parallel Resonant Circuits......Page 718
UNIT 26: Filters......Page 734
26–1: Broadband Tuning......Page 736
26–2: Low-Pass Filters......Page 737
26–3: High-Pass Filters......Page 740
26–4: Bandpass Filters......Page 742
26–5: Band-Rejection (Notch) Filters......Page 744
26–6: T Filters......Page 745
26–8: Crossover Networks......Page 746
SECTION lX: Three-Phase Power......Page 752
UNIT 27: Three-Phase Circuits......Page 753
27–1: Three-Phase Circuits......Page 754
27–2: Wye Connections......Page 756
27–3: Delta Connections......Page 760
27–4: Three-Phase Power......Page 761
27–5: Watts and VARs......Page 762
27–6: Three-Phase Circuit Calculations......Page 763
27–7: Load 3 Calculations......Page 771
27–8: Load 2 Calculations......Page 772
27–10: Alternator Calculations......Page 773
27–11: Power Factor Correction......Page 774
SECTION X: Transformers......Page 782
UNIT 28: Single-Phase Transformers......Page 783
28–1: Single-Phase Transformers......Page 784
28–2: Isolation Transformers......Page 786
28–3: Autotransformers......Page 812
28–4: Transformer Polarities......Page 815
28–5: Voltage and Current Relationships in a Transformer......Page 820
28–6: Testing the Transformer......Page 822
28–7: Transformer Nameplates......Page 823
28–8: Determining Maximum Current......Page 824
28–9: Transformer Impedance......Page 825
UNIT 29: Three-Phase Transformers......Page 840
29–1: Three-Phase Transformers......Page 841
29–2: Closing a Delta......Page 846
29–3: Three-Phase Transformer Calculations......Page 847
29–4: Open-Delta Connection......Page 853
29–5: Single-Phase Loads......Page 854
29–6: Closed Delta with Center Tap......Page 858
29–7: Closed Delta without Center Tap......Page 859
29–8: Delta–Wye Connection with Neutral......Page 860
29–9: T-Connected Transformers......Page 861
29–11: Zig-Zag Connection......Page 864
29–12: Harmonics......Page 866
SECTION Xl: DC Machines......Page 880
UNIT 30: DC Generators......Page 881
30–1: What Is a Generator?......Page 882
30–2: Armature Windings......Page 892
30–4: Pole Pieces......Page 894
30–5: Field Windings......Page 895
30–6: Series Generators......Page 896
30–7: Shunt Generators......Page 900
30–8: Compound Generators......Page 906
30–9: Compounding......Page 907
30–10: Countertorque......Page 910
30–11: Armature Reaction......Page 911
30–12: Setting the Neutral Plane......Page 914
30–13: Paralleling Generators......Page 915
UNIT 31: DC Motors......Page 921
31–1: DC Motor Principles......Page 922
31–2: Shunt Motors......Page 925
31–3: Series Motors......Page 928
31–4: Compound Motors......Page 930
31–5: Terminal Identification for DC Motors......Page 932
31–6: Determining the Direction of Rotation of a DC Motor......Page 933
31–7: Speed Control......Page 936
31–8: The Field-Loss Relay......Page 938
31–9: Horsepower......Page 939
31–10: Brushless DC Motors......Page 942
31–11: Converters......Page 945
31–12: Permanent Magnet Motors......Page 946
31–13: The Right-Hand Motor Rule......Page 954
SECTION Xll: AC Machines......Page 958
UNIT 32: Three-Phase Alternators......Page 959
32–1: Three-Phase Alternators......Page 960
32–3: The Brushless Exciter......Page 964
32–4: Alternator Cooling......Page 967
32–5: Frequency......Page 968
32–6: Output Voltage......Page 969
32–7: Paralleling Alternators......Page 970
32–9: Field-Discharge Protection......Page 973
UNIT 33:Three-Phase Motors......Page 977
33–1: Three-Phase Motors......Page 978
33–2: The Rotating Magnetic Field......Page 979
33–3: Connecting Dual-Voltage Three-Phase Motors......Page 991
33–4: Squirrel-Cage Induction Motors......Page 997
33–5: Wound-Rotor Induction Motors......Page 1016
33–6: Synchronous Motors......Page 1019
33–7: Selsyn Motors......Page 1025
UNIT 34: Single-Phase Motors......Page 1033
34–2: Split-Phase Motors......Page 1034
34–3: Resistance-Start Induction-Run Motors......Page 1038
34–4: Capacitor-Start Induction-Run Motors......Page 1046
34–5: Dual-Voltage Split-Phase Motors......Page 1048
34–6: Determining the Direction of Rotation for Split-Phase Motors......Page 1051
34–7: Capacitor-Start Capacitor-Run Motors......Page 1052
34–8: Shaded-Pole Induction Motors......Page 1055
34–9: Multispeed Motors......Page 1059
34–11: Construction of Repulsion Motors......Page 1061
34–12: Repulsion-Start Induction-Run Motors......Page 1065
34–13: Repulsion-Induction Motors......Page 1067
34–14: Single-Phase Synchronous Motors......Page 1068
34–15: Stepping Motors......Page 1071
34–16: Universal Motors......Page 1079
APPENDIX A: Identifying the Leads of a Three-Phase, Wye-Connected, Dual-Voltage Motor......Page 1088
Instantaneous and Maximum Values......Page 1092
Parallel Resistive Circuits......Page 1093
Parallel Inductive Circuits......Page 1094
Parallel Capacitive Circuits......Page 1095
Resistive-Inductive Series Circuits......Page 1096
Resistive-Inductive Parallel Circuits......Page 1097
Resistive-Capacitive Series Circuits......Page 1098
Resistive-Capacitive Parallel Circuits......Page 1099
Resistive-Inductive-Capacitive Series Circuits......Page 1100
Resistive-Inductive-Capacitive Parallel Circuits......Page 1101
Transformers......Page 1102
Three-Phase Connections......Page 1103
APPENDIX C: Greek Alphabet......Page 1104
APPENDIX D: Metals......Page 1105
APPENDIX E:Scientific Notation......Page 1107
Entering Numbers in Scientific Notation......Page 1109
Setting the Display......Page 1110
Unit 5: Resistors......Page 1111
Unit 7: Parallel Circuits......Page 1112
Unit 8: Combination Circuits......Page 1113
Unit 9: Kirchhoff’s Laws, Thevenin’s, Norton’s, and Superposition Theorems......Page 1114
Unit 10: Measuring Instruments......Page 1115
Unit 11: Using Wire Tables and Determining Conductor Sizes......Page 1116
Sine Wave Values......Page 1118
Unit 18: Resistive-Inductive Series Circuits......Page 1119
Unit 19: Resistive-Inductive Parallel Circuits......Page 1120
RC Time Constants......Page 1121
Capacitive Circuits......Page 1122
Unit 23: Resistive-Capacitive Parallel Circuits......Page 1123
Unit 24: Resistive-Inductive-Capacitive Series......Page 1124
Unit 25: Resistive-Inductive-Capacitive Parallel Circuits......Page 1125
Unit 28: Single-Phase Transformers......Page 1126
Unit 29: Three-Phase Transformers......Page 1128
A......Page 1129
C......Page 1130
E......Page 1132
G......Page 1133
K......Page 1134
M......Page 1135
O......Page 1136
P......Page 1137
S......Page 1138
U......Page 1140
Z......Page 1141
INDEX......Page 1142