- •1). Электрический ток. Сила тока
- •2). Электрическая цепь
- •4). Закон Ома
- •5). Работа и мощность в электрической цепи
- •2. Электрическая цепь постоянного тока. Основные элементы и их условно-графические обозначения. Методы расчета цепей постоянного тока (правила Кирхгофа, метод эквивалентных преобразований).
- •Закон Ома для участка цепи
- •Закон Ома для всей цепи
- •Первый закон Кирхгофа
- •Второй закон Кирхгофа
- •3. Основные электроизмерительные приборы. Способы измерения электрических величин и расчет параметров элементов электрической цепи.
- •4. Основные электроизмерительные приборы. Схемы включения. Расширение пределов измерения (шунты, добавочные резисторы). Особенности работы с многопредельными приборами.
- •5. Классы точности электроизмерительных приборов. Погрешность электрических измерений и способы ее минимизации при выборе измерительного прибора.
- •Погрешности электрических измерений
- •Особенности работы с многопредельными приборами.
- •Основные характеристики (параметры) переменного тока
- •Действующее значение переменного тока
- •Применение комплексных чисел для анализа цепей переменного тока
- •9. Идеальные элементы (резистивный, индуктивный и емкостный) в цепи переменного тока. Определения, основные соотношения и особенности цепи. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.
- •10. Реальная катушка и реальный конденсатор в цепи переменного тока. Определения, основные соотношения и особенности цепи. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.
- •1. Катушка (активно-индуктивный r- l элемент) в цепи переменного тока
- •2. Конденсатор (активно-ёмкостный r- с элемент) в цепи переменного тока
- •11. Последовательная цепь переменного тока, содержащая резистивный, индуктивный и емкостный элементы. Основные соотношения и особенности цепи.
- •12. Расчет последовательной цепи переменного тока. Схема замещения. Резонанс напряжений. Особенности цепи.
- •Явление резонанса напряжений
- •Особенности цепи при резонансе напряжений:
- •13. Расчет параллельной цепи переменного тока. Последовательная эквивалентная схема замещения. Резонанс токов. Особенности цепи.
- •1. Определяются комплексные сопротивления ветвей и токи в ветвях
- •2. Определяются комплексные проводимости и параметры треугольников проводимостей ветвей
- •V1. Построение векторной диаграммы параллельной цепи
- •14. Преимущества трехфазных систем. Трех- и четырехпроводные системы. Основные определения. Соединение фаз потребителя по схеме «Звезда» и «Треугольник» (схемы и основные соотношения).
- •Электрическая схема трёхфазной четырёхпроводной лэп
- •Способы соединения фаз потребителя и режимы работы трёхфазной цепи
- •Соединение фаз потребителя по схеме «звезда» (трёхпроводная система)
- •15. Трехфазные цепи. Основные определения. Соединение фаз потребителя по схеме «Звезда» (основные определения и соотношения). Нейтральный провод. Мощность в трехфазной цепи.
- •Электрическая схема трёхфазной четырёхпроводной лэп
- •Способы соединения фаз потребителя и режимы работы трёхфазной цепи
- •Соединение фаз потребителя по схеме «звезда» (трёхпроводная система)
- •Соединение фаз потребителя по схеме «звезда с нейтралью» (четырёхпроводная система)
- •Мощность трехфазной цепи
- •16. Трехфазные цепи. Основные определения. Соединение фаз потребителя по схеме «Треугольник» (основные определения и соотношения). Мощность в трехфазной цепи.
- •Электрическая схема трёхфазной четырёхпроводной лэп
- •Мощность трехфазной цепи
- •17. Преимущества трехфазных систем. Мощность в трехфазной цепи. Способы измерения активной и реактивной мощности в трехфазных цепях.
- •Мощность трехфазной цепи
- •2. Измерение активной мощности методом двух ваттметров
- •3. Измерение активной мощности методом трёх ваттметров
- •4. Измерение активной мощности с помощью трёхфазного ваттметра
- •1. Измерение реактивной мощности методом одного ваттметра
- •2. Измерение реактивной мощности методом двух и трёх ваттметров
- •Передача электрической энергии и потери мощности в лэп
- •Передача электрической энергии и потери мощности в лэп
- •Мероприятия по снижению реактивной мощности потребителей
- •Передача электрической энергии и потери мощности в лэп
- •Мероприятия по снижению реактивной мощности потребителей
- •Передача электрической энергии и потери мощности в лэп
- •Мероприятия по компенсации реактивной мощности потребителей
- •Определение мощности компенсирующих устройств
- •Особенности поведения ферромагнитных материалов в переменном магнитном поле
- •Явление гистерезиса
- •23. Применение ферромагнитных материалов в электротехнике. Магнитно-мягкие и магнитно-твердые материалы. Потери энергии при перемагничивании ферромагнетиков и способы их снижения.
- •24. Передача электрической энергии и потери мощности в лэп. Цель трансформации напряжения. Устройство и принцип работы трансформатора.
- •25. Режимы работы и кпд трансформатора. Опыты холостого хода и короткого замыкания. Внешняя характеристика трансформатора. Режимы работы трансформатора
- •Кпд трансформатора. Потери мощности и кпд трансформатора
- •Внешняя характеристика трансформатора
- •26. Электрический привод. Структура и преимущества электропривода. Нагрев и тепловой режим работы электродвигателя. Номинальная мощность. Характеристика нагрузочных режимов работы электродвигателя.
- •Структурная схема электропривода
- •Тепловые режимы работы и номинальная мощность двигателя
- •28. Основные характеристики трехфазных асинхронных электродвигателей. Способы пуска и регулирования частоты вращения. Реверсирование и способы электрического торможения асинхронных электродвигателей.
- •1) Прямой пуск
- •2) Пуск ад при пониженном напряжении
- •4. Реверсирование ад (изменение направления вращения)
- •Частотное регулирование ад
- •Полюсное регулирование
- •6. Способы электрического торможения ад
- •1) Торможение противовключением
- •2) Динамическое торможение
- •3) Генераторный (рекуперативный) способ с возвратом ээ в питающую сеть
- •29. Электрический привод. Структура и преимущества электропривода. Электродвигатели постоянного тока, их преимущества и недостатки. Устройство и принцип работы.
- •Структурная схема электропривода
- •Устройство двигателя постоянного тока
- •Принцип работы двигателя постоянного тока
- •Моментная характеристика
- •Механическая характеристика
- •Энергетическая (экономическая) характеристика
- •Пуск двигателей постоянного тока
- •Прямой пуск
- •Пуск дпт при пониженном напряжении
- •Реостатный способ пуска дпт
- •Реверсирование двигателей постоянного тока
- •Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •Полюсный способ
- •Структурная схема электропривода
- •Образование электронно - дырочного перехода
- •Свойства электронно - дырочного перехода при наличии внешнего напряжения Включение электронно - дырочного перехода в прямом направлении
- •Включение электронно-дырочного перехода в обратном направлении
- •33. Блок-схема полупроводникового выпрямителя. Одно – и двухполупериодные выпрямители. Электрические схемы и осциллограммы.
Основные характеристики (параметры) переменного тока
Переменные синусоидальные напряжение и ток обычно представляют в алгебраической форме в виде записи:i = Im Sin( ωt + Ψi )
u = Um · Sin( ωt +Ψu ) , где i , u – мгновенные значения функции,
Im , Um , – амплитудные значения функции,
( ωt +Ψi ) – аргумент или фаза функции, Ψi , Ψu – начальные фаз,
Т [с] - период - длительность полного цикла изменения синусоидальной величины.
ω = 2πf [рад/с] - угловая частота - скорость изменения аргумента функции,
f =1 /Т [с-1] или [Гц] - циклическая частота - число периодов в единицу времени (промышленная частота f = 50 Гц),
Начальная фаза функции – Ψ i, и, е – это значение аргумента функции в нулевой момент времени (t = 0).
Сдвиг фаз (в электротехнике) – это разность начальных фаз напряжений и тока : φ = Ψи – Ψi .
Величина и знак сдвига фаз не зависит от выбора момента времени, а определяется характером электрической цепи (активным, индуктивным, ёмкостным или смешанным).
Действующее значение переменного тока
Для сравнения теплового, механического и др. эффектов действия переменного и постоянного тока вводится понятие - действующее значение переменного тока ( I ) (а также напряжения - U и ЭДС - E ).
Из условия равенства тепловыделения при протекании постоянного и переменного тока получены следующие соотношения между действующими и амплитудными значениями синусоидальных величин: I = I m /, U m /, E = E m /.
Действующее значение переменного тока (напряжения, ЭДС) меньше амплитудного значения в раза. Все измерительные приборы, если это специально не оговорено, показывают действующие значения.
7. Метод векторных диаграмм. Основные характеристики переменного тока. Применение комплексного метода для анализа электрических цепей переменного тока (алгебраическая, тригонометрическая и показательная форма).
В электротехнике переменного тока для расчета и анализа электрических цепей широко используются так называемые векторные диаграммы.
Метод векторных диаграмм основан на том, что любая электрическая синусоидальная величина (i, u, e) может быть представлена на плоскости в виде векторной диаграммы, т.е. в виде вращающегося против часовой стрелки радиус-вектора, модуль которого равен амплитуде функции, а угловая скорость ω равна угловой частоте функции (ω = 2π f).
1. Мгновенное значение - (i, u, e) на векторной диаграмме определяется как проекция радиус-вектора на ось ординат.
2. Начальная фаза - Ψ на векторной диаграмме определяется углом между радиус-вектором и осью абсцисс.
3. Сдвиг фаз - на векторной диаграмме определяется углом между векторами напряжения U и тока I .
Применение комплексных чисел для анализа цепей переменного тока
Комплексное число – это сумма действительного и мнимого чисел, например, Ā = а + j b,
где a и b - действительные числа, j = - мнимая единица.
На комплексной плоскости в координатах (+1 , +j ) комплексное число Ā может быть представлено либо точкой с координатами ( a , b), либо вектором Ā, проведенным из начала координат в эту точку, и фазовым углом α .
В электротехнике любая синусоидальная величина (i, u, e) может быть представлена на комплексной плоскости в виде вращающегося против часовой стрелки вектора, например, напряжения Ū m .
Для удобства расчетов в электротехнике используют различные формы представления электрических величин в комплексном виде:
1. Алгебраическая форма: Ū m = Um ( R e) + j Um ( Im ) ;
- удобна при сложении и вычитании комплексных величин.
2. Тригонометрическая форма:
Ū m = Um Cos ( ωt +Ψu )+ j Um Sin ( ωt +Ψu ) ;
- используется для перехода от алгебраической формы записи к операторной и наоборот.
3. Операторная или показательная форма основана на использовании формулы Эйлера Cos α + j Sin α = e j α и удобна при умножении и делении комплексных величин: Ū m = Um e j (ωt + Ψu ).
В качестве характеристики (параметра) элемента (участка) электрической цепи вводится понятие – комплексное сопротивление:
= Ū /Ī = (U /I) e j ( Ψu - Ψi ) = Z e j φ = Z ,
или в тригонометрической форме : = Z Cos + j Z Sin , где Z = || = U /I – модуль комплексного сопротивления или полное сопротивление.
Z Cos = R - действительная составляющая комплексного сопротивления называется активным сопротивлением,
Z Sin = Х - мнимая составляющая комплексного сопротивления называется реактивным сопротивлением.
Комплексное сопротивление элемента (участка) электрической цепи можно представить в алгебраической форме: = R + j X и на комплексной плоскости в виде прямоугольного треугольника сопротивлений:
8. Электрическая цепь переменного тока. Характеристики идеальных и реальных элементов цепи переменного тока. Условно-графические обозначения. Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.
Понятие об активной, реактивной и полной мощностях.
В цепях переменного тока в связи с периодическим изменением электрического тока энергия электрических и магнитных полей периодически изменяется и между этими полями и источником электрической энергии происходит обратимый периодический процесс обмена электрической энергией. Скорость такого обратимого процесса обмена электрической энергией между источником и электрической цепью характеризуется понятием реактивная мощность Q [ ВАр], (Вольт-Ампер реактивный).
Одновременно в электрической цепи переменного тока происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепло, свет и другие виды энергии, т.е. в работу. Скорость такого необратимого процесса преобразования электрической энергии характеризуется понятием активная мощность Р [Вт], (Ватт).
Таким образом, в общем случае в цепи переменного тока одновременно происходят два процесса: процесс преобразования электрической энергии в другие виды (в работу) и процесс обратимого периодического обмена энергией между источником и цепью. Эти два одновременно протекающих процесса, накладываясь друг на друга, создают в цепи сложный единый энергетический процесс, для характеристики которого вводится понятие полная мощность S [ВА], (Вольт-Ампер).
Полученные энергетические соотношения могут быть условно представлены на плоскости в геометрической форме - в виде прямоугольного треугольника - треугольника мощностей, из которого могут быть получены дополнительные формулы, необходимые для выполнения электротехнических расчетов.
Для удобства анализа работы и расчета цепей переменного тока вводят упрощения и используют условные идеализированные электрические схемы – схемы замещения, которые составляют из так называемых идеальных электрических элементов и которые с достаточным для практических целей приближением отображают электрофизические закономерности реальной электрической цепи.
Идеальный электрический элемент - это участок условной идеальной электрической цепи (схемы замещения), выделенный условно-графическим обозначением (УГО) и буквенно-цифровым обозначением (БЦО), в котором происходит только один энергетический процесс.
Для раздельного отображения процессов преобразования и обмена электрической энергией на электрической схеме замещения используются активный и реактивный элементы.
Активный (резистивный) R- элемент (идеальный резистор) - это элемент схемы замещения, в котором происходит процесс необратимого преобразования электрической энергии в другие виды, т.е. в работу как полезную, так и включающую различного рода потери. В активном элементе по определению отсутствуют переменные электромагнитные поля, поэтому в нем не происходит обмена электрической энергией.
Скорость процесса преобразования электрической энергии характеризуется понятием активная мощность Р [Вт].
R [Ом] - сопротивление активного (резистивного) элемента (активное сопротивление).
Реактивный Х- элемент - это элемент схемы замещения, в котором происходит процесс обратимого периодического обмена электрической энергии между электрическим полем (ёмкостный элемент) и переменным магнитным полем (индуктивный элемент). Реактивные элементы (ёмкостный и индуктивный) можно рассматривать как аккумуляторы электрической энергии, которая запасается в них в виде энергии электрического или магнитного поля. Скорость периодического процесса обмена электрической энергией между электромагнитными полями характеризуется понятием реактивная мощность Q [ВАр].
Индуктивный L - элемент (идеальная катушка) обладает свойством периодически запасать электрическую энергию в виде энергии переменного магнитного поля и характеризуется понятием индуктивность: L = ddi [Гн] , где: w магнитное потокосцепление катушки, w - число витков обмотки, - магнитный поток катушки.
X L [Ом] - сопротивление индуктивного элемента
Преобразования электрической энергии в индуктивном элементе не происходит Р = 0, поэтому индуктивный элемент активным сопротивлением не обладает, т. е. R = 0.
Ёмкостный С - элемент (идеальный конденсатор) обладает свойством периодически запасать электрическую энергию в виде энергии переменного электрического поля и характеризуется понятием ёмкость: С = dq/ du [Фарада],[Ф], где: q - электрический заряд конденсатора, u – напряжение на зажимах конденсатора.
X C [Ом] - сопротивление ёмкостного элемента (ёмкостное сопротивление).
Преобразования электрической энергии в ёмкостном элементе (по определению) не происходит Р = 0 , поэтому ёмкостный элемент (идеальный конденсатор) активным (резистивным) сопротивлением не обладает, т. е. R = 0.
В общем случае в любом реальном электротехническом устройстве - потребителе электрической энергии (Z), включенном в сеть переменного тока, одновременно происходят оба энергетических процесса - преобразование и периодический обмен электрической энергии. Поэтому такой реальный элемент Z на схеме замещения можно представить как комбинированный, т.е. состоящий из двух идеальных элементов: активного - R и реактивного – Х (индуктивного - L или ёмкостного – C ).
Реальный элемент: Z [ R , X ] Z { R , L } или Z { R , C }.
Для характеристики любого реального элемента цепи переменного тока обычно используют такие параметры как: R [Ом], L [Гн] или X L [Ом], С [Ф] или Х С [Ом].
Таким образом, схема замещения реальной цепи переменного тока может характеризоваться либо одним параметром (R, L, C) в случае идеализированной реальной цепи, либо комбинацией этих параметров при различных способах соединения резистивного R и реактивного Х элементов.