Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Мороз_Электротехника

.pdf
Скачиваний:
41
Добавлен:
26.03.2015
Размер:
20.84 Mб
Скачать

1

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по курсу

«Электротехника и промышленная электроника»

для специальности 1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент»

Составил: Мороз В.К., к.т.н., доцент Кафедра «Автоматизация производственных процессов и электротехники»

О Г Л А В Л Е Н И Е

Введение

2

Часть 1. 1. Расчет цепей постоянного тока

1.1.Закон Ома

1.2.Закон Ома для участка цепи с источниками Э.Д.С., последовательное соединение сопротивлений

1.3.Параллельное соединение сопротивлений

1.4.Расчет сложных электрических цепей

1.5.Метод применения законов Кирхгофа для расчета сложных цепей

1.6.Проверка по методу баланса мощности правильности расчета электрической цепи

1.7.Метод контурных токов

1.8.Преобразование электрических схем

1.9.Метод узлового напряжения

1.10.Нелинейные цепи

2.Магнитные цепи

2.1.Магнитное поле

2.2.Закон полного тока

2.3.Ферромагнитные материалы

2.4.Расчет магнитных цепей

2.5Закон Ома для магнитных цепей

2.6.Обратная задача расчета магнитных цепей

3.Электромагнитная индукция, индуктивность и взаимоиндуктивность

3.1.Электромагнитная индукция

3.2.Индуктивность

3.3.Взаимоиндуктивность

4.Синусоидальный переменный ток

4.1. Понятие о переменном синусоидальном токе

4.2.Получение переменного синусоидального тока

3

4.3.Действующее значение переменного тока

4.4.Фазовый сдвиг

4.5.Применение векторных диаграмм при расчете цепей переменного тока

4.6.Синусоидальный ток в цепи с активным сопротивлением

4.7.Синусоидальный ток в цепи с индуктивностью

4.8.Синусоидальный ток в цепи с активным сопротивлением и индуктивностью

4.9.Синусоидальный ток в цепи с емкостью

4.10.Синусоидальный ток в цепи с активным coпротивлением,

индуктивностью и емкостью

4.11.Резонанс напряжений

4.12.Расчет разветвленных цепей переменного тока

4.13.Резонанс токов

4.14.Повышение коэффициента мощности в цепях синусоидального тока

4.15.Применение комплексных чисел для расчета цепей переменного тока

5.Трехфазные электрические цепи

5.1.Основные понятия

5.2.Соединение звездой с нулевым проводом

5.3.Соединение звездой без нулевого провода

5.4.Соединение потребителей треугольником

5.5.Вращающееся магнитное поле

6.Несинусоидальные переменные токи

7.Переходные процессы в электрических цепях

7.1.Включение цепи с активным и индуктивным сопротивлениями на постоянное напряжение

7.2.Включение цепи с сопротивлением и емкостью на постоянное напряжение

8.Электроизмерительные приборы и электрические измерения

8.1.Магнитоэлектрические приборы

4

8.2.Электродинамические приборы

8.3.Электромагнитные приборы

8.4.Расширение пределов измерения

8.5.Измерение мощности

асть 2. 9. Трансформатор

9.1.Общие понятия

9.2.Принцип действия трансформатора

9.3.Холостой ход трансформатора

9.4.Работа трансформатора под нагрузкой

9.5.Схема замещения трансформатора

9.6.Изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатра

9.7.Опыт короткого замыкания

9.8.КПД трансформатора

10.Асинхронные двигатели

10.1.Принцип действия и конструкция трехфазного асинхронного двигателя

10.2.Скольжение

10.3.Частота тока в роторе

10.4.Электродвижущие силы в обмотках статора и ротора

10.5.Схема замещения асинхронного двигателя

10.6.Вращающий момент асинхронного двигателя

10.7.Зависимость вращающегося момента от

5

скольжения

10.8.Асинхронный двигатель с фазным ротором

11.Машины постоянного тока

11.1.Принцип действия и устройство

11.2.Обмотка якоря машины постоянного тока

11.3.Назначение коллектора

11.4.Реакция якоря

11.5.Добавочные полюса

11.6.Коммутация машин постоянного тока

11.7.Генератор постоянного тока независимого возбуждения

11.8.Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения

11.9.Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения

11.10.Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением

11.11.Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения

11.12.Механическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения

11.13.Скоростная характеристика двигателя

спараллельной обмоткой возбуждения

11.14.Двигатели постоянного тока

споследовательной обмоткой возбуждения

11.15.Механическая характеристика двигателя

6

постоянного тока с последовательной обмоткой

возбуждения

12.Синхронные машины

12.1.Устройство и принцип действия синхронных машин

12.2.Реакция якоря

12.3.Схема замещения синхронного генератора

12.4.Электромагнитный момент и угловая характеристика синхронного генератора

В В Е Д Е Н И Е

Темпы развития всех отраслей народного хозяйства в эпоху научно-технической революции в значительной степени определяются уровнем развития электроэнергетики и электроники.

7

Современная энергетика - это ключевая отрасль народного хозяйства страны. Она играет определяющую роль в развитии научно-технического прогресса, интенсификации общественного производства. Совершенствование производства на базе новейших достижений науки и техники возможно только с помощью повышения надежности и качества электроснабжения народного хозяйства.

Отсутствие в Белоруссии собственного качественного органического топлива, ограниченная возможность использования АЭС в связи со сложной экологической и радиационной обстановкой требует в перспективе широкого использования нетрадиционных источников энергии (НИЭ). Комплексные программы Республики Беларусь предусматривают широкое использование солнечной энергии для сушки зерна, фруктов, подогрева воды на фермах, теплицах, обогрева домов в сельской местности. Таким образом, будет значительно увеличена выработка электроэнергии, а использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (тепловые насосы, ветросиловые, солнечные, биогазовые, мусоросжигающие и другие установки) позволит в 2010 г. получить до 20 % потребности в тепловой энергии.

С учетом вышеизложенного в условиях современного производства инженер, имеющий неэлектрическую специальность, должен уметь читать электрические схемы, понимать назначение основных узлов современного электрооборудования, содержащих электронные приборы и элементы автоматизации. Он должен хорошо знать методы электрических измерений как электрических, так и неэлектрических величин, основные свойства электрических машин, электроизмерительных приборов и основ электроники.

Рекомендуемая же им весьма обширная литература по электротехнике и электронике для самостоятельной проработки вызывает у студентов значительные трудности. В то же время в соответствии с типовой программой по электротехнике и основам электроники для неэлектрических специальностей ВУЗов отводится для разных специальностей от 20 до 40 лекционных часов, что для такого объема курса крайне недостаточно.

Настоящий конспект лекций состоит из трех частей. В первую часть входят электрические цепи постоянного тока, магнитные цепи, электрические цепи переменного тока, трехфазные цепи, переходные явления в электрических цепях, электрические измерения и приборы; во вторую - электрические машины: трансформаторы, асинхронные двигатели, генераторы и двигатели постоянного тока, синхронные машины; в третью - основы промышленной электроники.

8

Часть 1. Расчет цепей постоянного тока.

Электрической цепью называется система, состоящая из источников,

приемников электрической энергии и соединяющих их электрических проводов.

Электрическая цепь изображена принципиальной электрической

схемой ( рис. 1.1.) .Источник электрической энергии принято на схеме

обозначать окружностью со стрелкой внутри, показывающей направление электродвижущей силы E (ЭДС). Приемники электрической энергии, иначе потребители электрической энергии (электрическое освещение, электрические машины, электрические нагреватели и др.) принято обозначать прямоугольником с указанием сопротивления r . Соединительные провода между источником и потребителем изображаются на схеме тонкими прямыми линиями. Если нет особых указаний, то принимается сопротивление соединительных проводов равным нулю. Если в условиях задачи указано внутреннее сопротивление источника и сопротивление соединительных проводов, тогда при расчете надо учитывать и эти сопротивления. Чтобы в электрической цепи был ток I , необходимо, чтоб цепь была замкнута, электрическая схема такой цепи будет изображаться замкнутым контуром. Иногда вместо стрелки, показывающей направление ЭДС, на схеме у входа источника ставят + (плюс), а у выхода источника - (минус), при этом принимается, что внутри источника ЭДС направлена от минуса к плюсу, а во внешней части цепи от плюса к минусу. Принято за положительное направление тока во внешней цепи считать направление от плюса источника к минусу. На схеме направление тока обозначается стрелкой.

Прежде чем перейти к изложению дальнейшего материала целесообразно вспомнить некоторые явления и законы физики.

9

1.1.Закон Ома

Сила тока в замкнутой цепи определяется по закону Ома:

I

E

 

E

(1.1.)

 

 

 

r r0

 

rобщ.

 

 

 

Ток I прямо пропорционален ЭДС и обратно пропорционален общему сопротивлению rобщ. цепи, которое равно сумме r+ r0 ,где r 0 - внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Из выражения ( 1.1.) следует, что

E r I r0 I Uав r0 I

(1.2.)

ЭДС равняется сумме падений напряжений на сопротивлениях, входящих в замкнутую цепь, где

U

r

ав

0

- напряжение потребителя;

I - падение напряжения внутри источника.

Иногда для упрощения схемы электрическую цепь изображают, не показывая источника, ограничиваясь только его зажимами ( рис. 1.2. ).

Напряжение U ав принимаем совпадающим с направлением тока, т.е. оно направлено от зажима со знаком плюс, к зажиму со знаком минус.

При таком изображении схем

I=

U ав

(1.3.)

r

Баланс мощностей. Умножив левую и правую часть уравнения (1.2.) на I, получим выражение баланса мощностей в электрической цепи:

10

 

 

E I r I 2 r I 2

(1.4.)

 

 

0

 

Где E

I

BA Bт - мощность источника;

 

E

I 2

ОмАА ВА Bт - мощность потребителя (полезная мощность);

r

I 2

BA Bт - мощность потерь в источнике.

0

 

 

 

Из выражения (1.4.) следует, что мощность, отдаваемая источником, равна сумме мощности, потребляемой приемником, и мощности потерь во внутреннем сопротивлении источника.

Закон баланса мощностей используется при расчете цепей и постоянного и переменного тока и служит одним из удобных методов проверки правильности расчета электрической цепи.

1.2. Закон Ома для участка цепи с несколькими источниками ЭДС, последовательное соединение сопротивлений.

Обозначим на схеме (рис. 1.3.) потенциал зажима а через а ,а зажима b b , тогда,

задаваясь величиной потенциала зажима

a

определим величину потенциала точки b.

 

 

Для этого обойдем электрическую цепь по направлению тока от точки а к точке b, учитывая на каждом участке цепи изменение потенциала.

Так как ток течет в цепи от большего потенциала к меньшему, то потенциал точки 1 будет меньше потенциала точки а на величину падения напряжения в сопротивлении r1 :

1

a r1 I

a

1 r1 I