- •Лекция 1(2 часа) элементы электрических цепей
- •1.Предмет и задачи дисциплины. Построение курса. Методика работы над учебным материалом.
- •2. Общие понятия и определения линейных электрических цепей (лэц).
- •Источники электрической энергии.
- •4.Приемники электрической энергии
- •5.Основные топологические понятия и определения
- •6.Закон Ома и Кирхгофа
- •Лекция 2 (2часа) Расчет электрических цепей постоянного тока. Правила Кирхгофа.
- •1. Пример: Решение задачи методом непосредственного применения законов Кирхгофа.
- •2. Метод контурных токов.
- •3. Метод узлового напряжения (применим только в цепи, имеющей два узла).
- •Лекция 3 (2часа) синусоидальный ток. Формы его представления.
- •1.Основные параметры синусоидального тока
- •2.Представление синусоидального тока (напряжения) радиус - вектором.
- •Комплексное изображение синусоидального тока.
- •Лекция 4 (2часа) комплексные сопротивления и проводимости элементов электрических цепей
- •1.Комплексное сопротивление
- •2.Комплексная проводимость
- •Лекция 5 (2часа) энергетические характеристики электрических цепей синусоидального тока
- •1.Мгновенная мощность цепи с rl и с элементами
- •Активная, реактивная, полная мощность
- •Применим к (5.19) (5.11), тогда
- •Выражение мощности в комплексной форме
- •Лекция 6 (2часа) резонансные свойства электрических цепей синусоидального тока
- •Резонанс токов
- •Резонанс напряжений
- •Лекция 7. (2часа) трехфазные электрические цепи Общие сведения о трехфазных линейных электрических цепях
- •1.Схемы соединения трехфазных цепей
- •2.Соотношение между линейными и фазовыми напряжениями и токами
- •3.Мощность трехфазной цепи
- •4. Пример расчета трехфазной электрической цепи.
- •Лекция 8. (2часа)
- •4. Действующие значения несинусоидальных I и u
- •Лекция 9. Нелинейные цепи (2часа) Нелинейные цепи постоянного тока
- •1.Методы анализа нелинейных цепей
- •II метод опрокинутой характеристики
- •Методы анализа разветвленных нелинейных цепей
- •2.Характеристика магнитных свойств ферромагнитных материалов
- •3.Магнитные цепи
- •4.Анализ магнитных цепей постоянного тока
- •5.Особенности физических процессов в магнитных цепях переменного тока
- •Лекция 11. Анализ и расчет магнитных цепей.
- •1. Построение вебер-амперной характеристики участка магнитной цепи
- •Анализ неразветвленных магнитных цепей
- •Анализ разветвленных магнитных цепей
- •Лекция 12. Электромагнитные устройства
- •1.Физические основы построения сварочного трансформатора
- •2.Физические основы ферромагнитных стабилизаторов
- •3.Принцип работы электромагнитных механизмов. Электромагнитные реле.
- •Лекция 13. (2часа) Трансформаторы
- •1.Общие сведения о трансформаторах
- •2.Принцип работы однофазных трансформаторов
- •Лекция 14. (2часа) Режимы работы трансформаторов
- •1.Опыт холостого хода трансформатора
- •2. Опыт короткого замыкания трансформатора
- •3.Внешняя характеристика трансформатора
- •4.Коэффициент полезного действия трансформатора
- •Лекция 15. (4часа) асинхронные машины
- •1. Общие сведения и конструкция асинхронного двигателя
- •2. Принцип образования трехфазного вращающегося магнитного поля
- •3. Принцип действия асинхронного двигателя
- •4. Магнитные поля и эдс асинхронного двигателя
- •5. Основные уравнения асинхронного двигателя
- •6. Приведение параметров обмотки ротора к обмотке статора
- •7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •8. Схема замещения асинхронного двигателя
- •9. Потери и кпд асинхронного двигателя
- •10. Уравнение вращающего момента
- •11. Механическая характеристика асинхронного двигателя
- •12. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- •13. Пуск, регулирование частоты вращения и торможение асинхронного двигателя
- •Лекция 16. Однофазные асинхронные двигатели
- •Двухфазный конденсаторный двигатель
- •Однофазный двигатель с явно выраженными полюсами
- •Использование трехфазного двигателя в качестве однофазного
- •Лекция 17. (2часа) синхронные машины
- •1. Конструкция и принцип действия синхронного генератора
- •2. Эдс синхронного генератора
- •3. Синхронный двигатель. Конструкция и принцип действия
- •4. Система пуска синхронного двигателя
- •5. Реактивный синхронный двигатель
- •6. Шаговый двигатель
- •Лекция 18 (4часа) Машины постоянного тока
- •7.1. Принцип действия и конструкция
- •7.2. Способы возбуждения машин постоянного тока
- •Зависимость вращающего момента на валу электродвигателя постоянного тока от силы тока в обмотке якоря.
- •Механическая характеристика электродвигателя постоянного тока.
- •7.3 Регулирование частоты вращения двигателей.
- •7.4. Эдс и электромагнитный момент генератора постоянного тока
- •7.5. Двигатель постоянного тока
- •7 Семестр
- •3. Магнитоэлектрическая система
- •4. Электромагнитная система
- •5. Электродинамическая система
- •6. Индукционная система
- •7. Измерение тока и напряжения
- •8. Измерение мощности
- •9. Измерение сопротивлений
- •10. Измерение неэлектрических величин электрическими методами
- •Лекция 20. Полупроводниковые приборы (4часа)
- •1.Классификация полупроводниковых электронных приборов
- •2. Типы проводимости полупроводниковых материалов. Электронно-дырочный переход. Основные параметры полупроводниковых диодов.
- •3. Биполярные транзисторы.
- •4. Полевые транзисторы
- •5. Тиристоры
- •Электронные устройства Лекция 21. Преобразователи напряжения (4часа)
- •Выпрямители
- •Сглаживающие фильтры
- •3.Стабилизаторы напряжения
- •Лекция 22 (4часа) резистивные усилители низкой частоты
- •Принцип работы каскада по схеме с общим эмиттером
- •2.Дифференциальный усилитель
- •Усилитель по схеме с общим коллектором
- •4.Операционный усилитель
- •Импульсные устройства Лекция 23. Элементы импульсных устройств (4часа)
- •1.Общие сведения об импульсных сигналах
- •Электронные ключи
- •Компараторы
- •Лекция 24. Генераторы импульсных сигналов (4часа)
- •1. Формирующие цепи
- •2. Мультивибраторы
- •Период повторения:
- •Скважность:
- •3. Генераторы линейно изменяющегося напряжения.
- •Если напряжение на входе оу постоянное, то получаем:
- •Напряжением открывается диодD1. На интеграторе начинается формирование линейно падающего напряжения. Напряжение uoc также линейно убывает и в момент t3 принимает значение:
- •Далее значение uглин периодически изменяется от –0,79 в до 3,2 в, а uос от –2,32 в до 4,31 в. Цифровые устройства Лекция 25. Введение в цифровую электронику (6часов)
- •Общие сведения о цифровых сигналах.
- •Основные операции и элементы алгебры логики.
- •Основные теоремы алгебры логики.
- •Булевы функции (функции логики).
- •Для элемента "или-не"
- •Для элемента "и-не"
- •Минимизация булевых функций
- •Комбинационные устройства
- •Лекция 26. Последовательностные устройства (4часа)
- •Триггеры
- •Счетчики импульсов.
- •Регистры.
2.Физические основы ферромагнитных стабилизаторов
Магнитные свойства ферромагнитных материалов, как правило, оценивают зависимостью:
,
получая гистерезисные характеристики. Но нам уже известно, что:
,
а:
.
Приведенные выражения наглядно показывают прямую пропорциональную зависимость напряженности магнитного поля Н от тока I, а магнитной индукции В от напряжения U. Это позволяет применять к исследованию магнитопроводов вольт-амперные характеристики.
.
Такие характеристики полезны при расчете цепей из нескольких элементов. Общий вид зависимости для магнитопровода приведен на рис. 12.1. Как и кривая начальной намагниченности, вольт-амперная характеристика имеет начальный участок (оа), линейный (аб), колено (бв) и насыщенная (в, г).
Вольт-амперные характеристики применяются для определения физики работы ферромагнитных стабилизаторов.
Упрощенная схема ферромагнитного стабилизатора включает в свой состав два разомкнутых магнитопровода (дросселя) Др1 и Др2 . Дроссель Др1 работает в линейном режиме. Он играет роль ограничителя максимального тока. Дроссель Др2 работает в режиме насыщения. Их вольт-амперные характеристики приведены на рис. 12.3. Здесь же приведена результирующая характеристика .
Напряжение на нагрузке определяется падением напряжения на дросселе Др2 . Графики рис. 12,3. показывают, что если на входе цепи, действует напряжение Uоа, то нагрузка находится под напряжением . Часть входного напряжения падает на сопротивлении дросселя Др1 - Uоа". Пусть входное напряжение увеличилось на величину аб. Это вызывает увеличение напряжения на нагрузке на величину а'б'. Наглядно видно, что а'б' в несколько раз меньше участка аб. Реально стабилизаторы ослабляют колебания входного напряжения в 510 раз.
Таким образом, дроссель, включенный параллельно нагрузке и работающий в режиме насыщения, способен сглаживать броски напряжения на входе цепи.
3.Принцип работы электромагнитных механизмов. Электромагнитные реле.
В состав автоматизированных, полуавтоматизированных и ручных систем управления электроэнергетическими установками, электроприводами, технологическими установками и т.п. входят электромагнитные устройства (контакторы, пускатели, реле, электромагниты). С помощью этих устройств производится регулирование токов и напряжений генераторов. Они выполняют функции контроля и защиты установок, потребляющих электроэнергию. Основными частями электромагнитных устройств являются: электрические контакты, механический или электромагнитный привод контактной группы, кнопки управления.
По назначению различают следующие электромагнитные устройства:
-коммутационные (разъединители, выключатели, переключатели);
-защитные (предохранители, реле защиты);
-пускорегулирующие (контакторы, пускатели, реле управления);
-контролирующие и регулирующие (датчики, реле);
-электромагниты.
Рассмотрим принцип работы электромагнитного механизма. В электромагнитном механизме осуществляется преобразование электрической энергии источника питания в механическую энергию перемещения якоря. Схема механизма приведена на рис. 12.4. Она включает неподвижную 1 (ярмо) и подвижную 2 (якорь) части магнитопровода; намагничивающую катушку 3, удерживающую пружину 4.
Появление тока в намагничивающей катушке приводит к намагничиванию ферромагнитных частей магнитопровода. Образовавшееся магнитное поле притягивает якорь к ярму.
Проведем анализ процесса преобразования энергии источника в механическую энергию перемещения якоря. Пусть к намагничивающей катушке приложено напряжение U, и через нее протекает ток I. На сопротивлении катушки R создается падение напряжения .
Разность U -UR уравновешивает э.д.с. еL, т.е.:
. (12.7)
Тогда:
(12.8)
Умножим (12.8) на и проинтегрируем за время намагничивания. Тогда
или:
,
где WП - энергия, затрачиваемая источником на нагрев катушки за время t.
Решение выражения для WM имеет вид:
(12.9)
Учитывая, что:
,
а:
,
где S - площадь, а l - длина воздушного зазора, получим:
. (12.10)
При перемещении якоря совершается работа:
,
где - энергия магнитного поля в начале намагничивания с длиной воздушного зазора;
- энергия магнитного поля с длиной воздушного зазора ;
.
С учетом (12.10) можем записать:
.
Так как , то:
,
где:
(12.11)
Выражение (12.11) определяет силу, с которой магнитное поле действует на якорь. Очевидно, что значение силы зависит от длины зазора и магнитодвижущей силы.
Если к катушке подключен источник синусоидального напряжения, то и магнитный поток в магнитопроводе и воздушном зазоре изменяется по синусоидальному закону:
.
В этом случае мгновенное значение силы, притягивающий якорь к ярму определяется выражением:
,
где
.
После преобразования получим:
. (12.12)
Видно, что тяговая сила содержит переменную и постоянную составляющую. Переменная составляющая имеет частоту, вдвое большую частоты питающего напряжения, и амплитуду, равную постоянной составляющей. Пульсация F(t) вызывает вибрацию якоря (дребезг).
В однофазных электромагнитных механизмах для устранения пульсации на якоре размещают короткозамкнутый (КЗ) виток провода. Переменный магнитный поток Ф(t) наводит в КЗ витке э.д.с., сдвинутую по фазе на 900 относительно ФМ. По витку протекает ток iK, который создает поток ФКМ, совпадающий по фазе с э.д.с.
Теперь на якорь начинает действовать пульсирующая сила с удвоенной частотой, т.е. cos 4t. В итоге постоянная составляющая силы возрастает, пульсация уменьшается.
Электромагнитное реле - это устройство, в котором при достижении определенного значения входной величины выходная величина изменяется скачком. Выходные контакты реле замыкаются или размыкаются. Реле применяют в цепях управления с током не более 1А. Входной или управляющей величиной реле могут быть электрические, механические, тепловые и др. воздействия.
На рис. 12.5. показано устройство простейшего электромагнитного реле клапанного типа. При определенной магнитодвижущей силе (МДС) в цепи управления возникающая сила F притяжения якоря З к ярму 1 превышает силу противодействующей пружины 2. Воздушный зазор уменьшается. Клапан 4 нажимает на подвижный контакт 5 и прижимает его с силой F к неподвижному контакту 6. Управляемая цепь замыкается. Исполнительный элемент 7 производит требуемое действие.
Контакты реле в исходном положении могут быть как разомкнуты, так и замкнуты. В последнем случае при срабатывании реле они размыкаются. Действие каких-либо устройств прекращается. Многие реле имеют несколько контактных пар. Тогда их используют для управления несколькими электрическими цепями.
Функции реле связаны с контролем режима работы важных элементов электрической цепи: генераторов, трансформаторов, линий передач, электродвигателей и т.п.
При нарушении нормального режима соответствующее реле приводит в действие аппаратуру, которая либо восстанавливает нормальный режим работы, либо отключает поврежденный участок. Такие реле называют "реле защиты". Они "наблюдают" за током в цепи (токовая защита), за напряжением на отдельных участках (защита по напряжению), за изменением мощности, частоты тока и т.д.
В зависимости от значения или направления входной величины различают реле максимального, минимального или направленного действия.
В зависимости от времени срабатывания различают реле быстродействующие ), нормальные) и с выдержкой времени (реле времени).
Реле, не реагирующее на направление управляющей величины (например, тока), называют нейтральным. Реле, чувствительные к полярности управляющей величины, называют поляризованными.
Если исполнительный элемент реле (подвижные контакты) непосредственно воздействует на цепь управления, то это реле прямого действия. Когда воздействие осуществляется через другие аппараты - реле косвенного действия.
Рис. 12.5