- •1. Информация о дисциплине
- •1.1. Предисловие
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.3. Структурно-логическая схема дисциплины «Электротехника и электроника. Ч. 1»
- •2.6. Рейтинговая система оценки знаний
- •3. Информационные ресурсы дисциплины
- •3.1. Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект
- •ВВЕДЕНИЕ
- •РАЗДЕЛ 1. Основы теории электрических цепей
- •1. Электрическая цепь и ее характеристики
- •1.1. Определение цепи
- •1.2. Графическое изображение электрической цепи и ее элементов
- •1.3. О направлениях действия ЭДС, токов и напряжений
- •1.4. Законы электрических цепей
- •1.5. Параметры электрических цепей
- •1.6. Идеальные элементы электрической цепи
- •2. Цепи постоянного тока
- •2.1. Некоторые особенности цепей постоянного тока
- •2.2. Закон Ома и законы Кирхгофа для цепей постоянного тока
- •2.3. Мощность цепи постоянного тока
- •2.4. Расчет простых цепей постоянного тока
- •2.6. Баланс мощностей цепи постоянного тока
- •3. Цепи синусоидального тока
- •3.1. Основные понятия о синусоидальных процессах
- •3.2. Аналитическая запись синусоидальных токов и напряжений
- •3.5. Закон Кирхгофа в векторной форме записи
- •3.7. Действующие значения синусоидальных токов и напряжений
- •3.8. Элементы в цепи синусоидального тока
- •3.10. Цепь с последовательным соединением R, L, C
- •3.11. Цепь с параллельным соединением R, L и C
- •3.14. Понятие о двухполюсниках и об эквивалентных цепях
- •РАЗДЕЛ 2. Методы расчета электрических цепей
- •4.1. Введение. Основы метода
- •4.2. Комплексные токи и напряжения
- •4.3. Комплексное сопротивление и комплексная проводимость
- •4.4. Комплексная мощность
- •4.5. Законы Кирхгофа в комплексной форме записи
- •4.6. Аналогия с цепями постоянного тока
- •5. Методы расчета сложных цепей синусоидального тока
- •5.1. Введение
- •5.2. Метод контурных токов
- •5.3. Метод узловых напряжений (узловых потенциалов)
- •5.4. Метод эквивалентного источника
- •5.5. Метод наложения
- •5.6. Баланс мощностей цепи синусоидального тока
- •РАЗДЕЛ 3. Резонанс, индуктивно связанные цепи и трехфазные цепи
- •6. Резонансные явления. Индуктивно связанные цепи
- •6.1. Резонансные явления
- •6.3. Резонанс в параллельной цепи из элементов R, L,C (резонанс токов)
- •6.5. Цепь с трансформаторной связью между катушками
- •7. Трехфазные электрические цепи
- •7.1. Введение
- •7.2. Соединение трехфазной цепи звездой
- •7.3. Соединение трехфазной цепи треугольником
- •7.4. Расчет трехфазных цепей
- •7.5. Мощность трехфазной цепи
- •РАЗДЕЛ 4 Несинусоидальные токи, напряжения и переходные процессы
- •8.1. Общие положения
- •8.4. Мощность в цепи при несинусоидальных токе и напряжении
- •8.5. Расчет линейных цепей с несинусоидальными ЭДС
- •9.1. Общие положения
- •9.2. Законы коммутации. Начальные условия
- •РАЗДЕЛ 5. Нелинейные электрические и магнитные цепи
- •10. Нелинейные электрические и магнитные цепи постоянного тока
- •10.1. Нелинейные электрические цепи. Общие положения
- •10.2. Нелинейные сопротивления
- •10.3. Нелинейные свойства ферромагнитных материалов
- •10.4. Нелинейная индуктивность
- •10.5. Нелинейная емкость
- •10.6. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •10.8. Магнитные цепи с постоянным магнитным потоком
- •11. Нелинейные цепи переменного тока
- •РАЗДЕЛ 6. Электрические машины
- •12. Трансформаторы
- •12.1. Назначение и принцип действия
- •12.2. Холостой ход трансформатора
- •12.3. Нагрузка трансформатора
- •12.4. Схема замещения
- •12.5. Режим холостого хода
- •12.6. Режим короткого замыкания
- •12.7. Внешняя характеристика трансформатора
- •12.8. КПД трансформатора
- •13. АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
- •13.1. Общие вопросы теории электрических машин
- •13.2. Классификация электрических машин
- •13.4. Скольжение и его влияние на параметры ротора
- •13.5. Механическая мощность асинхронного двигателя
- •13.9. Пуск асинхронных двигателей
- •14. Cинхронные машины
- •14.1. Устройство и принцип действия
- •14.2. Характеристика холостого хода
- •14.3. Внешние характеристики синхронного генератора
- •14.4. Включение синхронного генератора на параллельную работу
- •14.5. Пуск в ход синхронных двигателей
- •14.6. Синхронные компенсаторы
- •15. Машины постоянного тока
- •15.1. Конструктивные особенности машин постоянного тока
- •15.2. Классификация по способу возбуждения
- •15.3. Генераторы постоянного тока
- •15.4. Двигатели постоянного тока
- •15.5. Пуск двигателей постоянного тока
- •15.7. Пример решения задачи
- •РАЗДЕЛ 7. Электрические измерения и приборы
- •16. Электрические измерения и приборы
- •16.1. Общие сведения об электрических измерениях
- •16.2. Эталоны единиц электрических величин
- •16.3. Измерительные приборы
- •16.4. Измерение напряжения переменного тока
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •ГЛОССАРИЙ
- •3.4. Лабораторные работы
- •Общие указания
- •3.5. Практические занятия
- •Общие указания
- •4. БЛОК КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
- •Общие указания
- •ЗАДАЧА 1
- •ЗАДАЧА 2
- •ЗАДАЧА 3
- •ЗАДАЧА 4
- •ЗАДАЧА 5
- •ЗАДАЧА 6
- •ЗАДАЧА 7
- •ЗАДАЧА 8
- •ЗАДАЧА 9
- •4.2. Текущий контроль (вопросы для самопроверки, тестовые задания)
- •Тема 1. Репетиционный тест 1
- •Тема 1. Тест 1
- •Тема 2. Репетиционный тест 2
- •Тема 2. Тест 2
- •Тема 3. Репетиционный тест 3
- •Тема 3. Тест 3
- •Тема 4. Репетиционный тест 4
- •Тема 4. Тест 4
- •Тема 5. Репетиционный тест 5
- •Тема 5. Тест 5
- •Тема 6. Тест 6
- •Тема 7. Репетиционный тест 7
- •Тема 7. Тест 3.7
- •Тема 8. Тест 8.
- •Тема 9. Тест 9
- •Тема 10. Репетиционный тест 10
- •Тема 10 Тест 10
- •Тема 11. Тест 11
- •Тема 12. Тест 12
- •Тема 13. Тест 13
- •Тема 14. Тест 14
- •Тема 15. Тест 15
- •Тема 16. Тест 16
ГЛОССАРИЙ
Термин |
|
|
|
|
Что обозначает |
|
|
Амплитуда |
Наибольшее значение А, которого достигает величина s, совер- |
||||||
шающая гармонические колебания по закону s Аsin t 0 |
|
||||||
|
Электрическая машина переменного тока, у которой угловая |
|
|||||
Асинхронная машина |
скорость ротора не совпадает с угловой скоростью магнитного |
||||||
|
поля, создаваемого переменным током (обычно 3 - фазным), |
|
|||||
|
протекающим по обмоткам статора |
|
|||||
Асинхронная машина с |
Асинхронная машина , у которой обмотка ротора выполнена |
||||||
короткозамкнутым ро- |
короткозамкнутой |
|
|||||
тором |
|
|
|
|
|
|
|
Асинхронный двигатель |
Электрическая машина, работающая в двигательном режиме |
|
|||||
Асинхронный двигатель |
Асинхронный двигатель, у которого обмотка ротора выполнена |
||||||
по типу обмотки статора и снабжена вводным устройством |
|
||||||
с фазным ротором |
(в виде контактных колец) для присоединения к внешний цепи |
||||||
|
|||||||
Векторная диаграмма |
Графическое изображение в виде векторов синусоидально из- |
||||||
меняющихся электрических величин |
|
||||||
|
Количественная характеристика М21 связи между магнитным |
||||||
|
потоком Ф21 через некоторую электрическую цепь, создавае- |
||||||
Взаимная индуктивность |
мым током I другой цепи; М21 = Ф21 / I (М21 = М12). Ед. измере- |
||||||
|
ния – Гн |
|
|
||||
Взаимная индукция |
Явление возбуждения ЭДС в одной электрической цепи при |
||||||
изменении тока в другой цепи |
|
||||||
|
|
||||||
Вольтамперная характе- |
Зависимость напряжения на зажимах элемента электрической цепи от |
||||||
ристика элемента элек- |
тока |
|
|
|
|
|
|
трической цепи |
|
|
|
|
|
|
|
Второй закон коммута- |
Напряжение на емкостном элементе в начальный момент вре- |
||||||
мени после коммутации имеет то же самое значение, которое |
|||||||
ции |
оно имело непосредственно перед коммутацией, а затем с этого |
||||||
|
|||||||
|
значения оно начинает плавно изменяться |
|
|||||
Двигатель электриче- |
Электрическая машина, преобразующая электрическую энер- |
||||||
гию в механическую. По роду тока двигатели подразделяют на |
|||||||
ский (электродвигатель) |
двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока |
|
|||||
|
Многополюсник, имеющий только две точки подсоединения. |
||||||
Двухполюсник |
Различают Д. активные, содержащие источники электрической |
||||||
|
энергии, и пассивные, не содержащие их |
|
|||||
|
Среднеквадратическое за период значение периодической ве- |
||||||
|
личины (тока, напряжения, ЭДС и т. д). Например, для тока |
||||||
Действующее значение |
|
|
1 |
|
T |
|
|
I |
|
i 2 R dt . Для синусоидально изменяющихся величин |
|||||
T |
|||||||
|
|
0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
действующее значение в 2 раз меньше амплитудного |
|
|||||
|
Электрическая характеристика проводника или системы про- |
|
|||||
Емкость электрическая |
водников. Э.е. уединенного проводника равна C = Q / , где Q и |
||||||
– заряд и потенциал проводника. Э.е. конденсатора |
C |
||||||
(Э.е.) |
= Q /( 1 |
2 ), где Q – заряд на одной из обкладок конденса- |
|
||||
|
|
||||||
|
тора, а 1 , 2 - потенциалы его обкладок |
|
222
Термин |
Что обозначает |
|
|
«Звезда» |
Схема соединения фаз генератора или потребителя, в которой |
||
|
вместе соединяются концы фаз |
|
|
|
Количественная характеристика связи между магнитным пото- |
||
Индуктивность |
ком самоиндукции ФС электрической цепи и током в ней I. |
||
Обозначают – L (L = ФС /I) |
|
||
|
|
||
Источник ЭДС или на- |
Источник, у которого напряжение на выводах не зависит от со- |
||
пряжения идеальный |
противления нагрузки (внутреннее сопротивление источника |
||
равно нулю) |
|
||
Источник тока идеальный |
Источник, у которого ток не зависит от сопротивления нагрузки |
||
Классический метод |
Это непосредственное решение дифференциального уравнения, |
||
анализа переходного |
составленного для исследуемой цепи на основе законов Кирх- |
||
процесса |
гофа |
|
|
Коммутация |
Любые изменения в электрической цепи. Обычно считают, что |
||
|
коммутация происходит мгновенно |
|
|
Линейный элемент |
Элемент электрической цепи, параметры которого (сопротив- |
||
|
ления и др.) не зависят от тока в нем |
|
|
Линейная электрич. цепь |
Цепь, все элементы которой являются линейными |
||
Линейные провода |
Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя |
||
Линейные токи |
Токи в линейных проводах |
|
|
Линейные напряжения |
Напряжения между линейными проводами |
|
|
|
Одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризую- |
||
Магнитное поле |
щаяся воздействием на движущуюся электрически заряженную |
||
частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и ее скоро- |
|||
|
|||
|
сти |
|
|
|
Векторная величина, характеризующая магнитное поле и опре- |
||
|
деляющая силу, действующую на движущуюся или смещаю- |
||
|
щуюся заряженную частицу со стороны |
магнитного поля. |
|
|
П р и м е ч а н и е. Магнитная индукция численно равна отно- |
||
|
шению силы, действующей на заряженную частицу, к произве- |
||
Магнитная индукция |
дению заряда и скорости частицы, если направление скорости |
||
|
таково, что эта сила максимальная и имеет направление, пер- |
||
|
пендикулярное к векторам силы и скорости, совпадающее с на- |
||
|
правлением правого винта при вращении его от направления |
||
|
силы к направлению скорости частицы с положительным за- |
||
|
рядом |
|
|
|
Совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела, |
||
Магнитная цепь |
электромагнитные процессы в которых могут быть описаны |
||
|
при помощи магнитодвижущей силы, магнитного потока и раз- |
||
|
ности магнитных потенциалов |
|
|
|
Величина, характеризующая магнитное поле электрического |
||
|
тока. В соответствии с законом полного тока М.с. равна элек- |
||
Магнитодвижущая сила |
трическому току сквозь поверхность, натянутую на контур L |
||
(М.с.) |
(например, произведению тока в обмотке трансформатора или |
||
|
электромагнита на число витков обмотки, нанизанных на кон- |
||
|
тур L). М.с. измеряется в А |
|
|
Магнитных потенциалов |
Величина, равная произведению напряженности магнитного |
||
разность (магнитное на- |
поля на длину участка магнитной цепи. Измеряется в А |
||
пряжение) |
|
|
|
|
|
|
223
Термин |
Что обозначает |
|
Машина постоянного |
Машина постоянного тока, у которой обмотки возбуждения со- |
|
тока параллельного воз- |
единены с обмоткой якоря параллельно |
|
буждения |
|
|
Машина постоянного |
Машина постоянного тока, у которой обмотки возбуждения со- |
|
тока последовательного |
единены с обмоткой якоря последовательно |
|
возбуждения |
|
|
|
Часть электротехнического устройства из ферромагнитного ма- |
|
Магнитопровод |
териала, служащая для увеличения магнитного потока, его кон- |
|
центрации в определенной части устройства, а также придания |
||
|
||
|
магнитному полю определенной конфигурации |
|
|
Отношение активной мощности к полной мощности. В цепях |
|
Мощности коэффициент |
синусоидального тока равен cos ( - сдвиг фаз между током |
|
|
и напряжением) |
|
|
Величина, характеризующая скорость изменения (преобразова- |
|
|
ния, рассеяния, передачи и т. п.) электрической энергии. В це- |
|
|
пях пост. тока М. э. равна произведению напряжения и тока. В |
|
|
цепях переменного. тока различают мгновенную, активную, ре- |
|
|
активную и полную. М г н о венная М. э. равна произведе- |
|
|
нию мгновенных значений напряжения и тока. А к т и в н а я |
|
|
М. э. Р- среднее за период значение мгновенной мощности пе- |
|
|
ременного тока, характеризует скорость преобразования элек- |
|
|
тромагнитной энергии в другие виды энергии (тепловую, ме- |
|
|
ханическую и т. д.). В цепях однофазного синусоидального |
|
Мощность электриче- |
тока активная М. э. Р = UI cos , (U и I — девствующие значе- |
|
ская (М.э.) |
ния напряжения и тока, - сдвиг фаз между током и напряже- |
|
|
нием). Ед. активной М. э.- Вт (ватт). Реактивная М. э. Q |
|
|
характеризует скорость накопления энергии в конденсаторах и |
|
|
катушках индуктивности, а также обмен энергией между от- |
|
|
дельными. участками цепи, и в частности генератором и при- |
|
|
ёмником. В цепях синусоидального тока реактивная М. э. уча- |
|
|
сткаQ UI cos . Единица реактивной М. э.- вар. П о л н а я |
|
|
М. э. S характеризует М. э., отдаваемую в цепь источником |
|
|
перемeнного тока. Для цепей синусоид. тока полная М. э. S = |
|
|
UI = P2 Q 2 . Ед. полной М. э.- вольт-ампер (В.А) |
|
|
Скалярная величина, численно равная работе при перемещении |
|
|
единичного положительного заряда по заданному пути. С на- |
|
Напряжение |
пряженностью Е вдоль участка цепи 1-2 напряжение U12 связа- |
|
2 |
||
|
||
|
но соотношением U12 Еdl |
|
|
1 |
|
Напряжение короткого |
Величина напряжения на входе трансформатора, которое нуж- |
|
но приложить к первичной обмотке трансформатора, при усло- |
||
замыкания |
вии, что вторичная обмотка замкнута накоротко, при этом в |
|
|
первичной обмотке протекает номинальный ток |
|
Напряжение холостого |
Напряжение между двумя выводами цепи, когда нагрузка, под- |
|
хода |
ключаемая к этим выводам, отсутствует |
|
|
||
|
|
|
Напряженность магнит- |
Векторная величина Н, характеризующая магнитное поле и |
|
ного поля |
равная отношению магнитной индукции В в рассматриваемой |
|
|
точке к абсолютной магнитной проницаемости µ |
224
Термин |
Что обозначает |
|
Напряженность электри- |
Основная силовая характеристика Е электрического поля, рав- |
|
ческого поля |
ная отношению силы, действующей на точечный электрический |
|
заряд в данной точке пространства, к величине заряда |
||
|
||
Независимый контур |
Контур, в состав которого входит хотя бы одна ветвь, не при- |
|
|
надлежащая другим контурам |
|
Нейтральный провод |
Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и потре- |
|
|
бителя в схеме |
|
Нелинейный элемент |
Элемент электрической цепи, параметры которого (сопротив- |
|
|
ление и др.) изменяются при изменении величины тока, возни- |
|
|
кающего в данном элементе |
|
Нелинейная электриче- |
Цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент |
|
ская цепь |
|
|
Переходные процессы |
Процессы, возникающие в электрической цепи при переходе от |
|
одного установившегося режима работы к другому. Переход- |
||
|
ные процессы в электрической цепи возникают, когда в цепи |
|
|
имеются индуктивные и ёмкостные элементы |
|
Первый закон коммута- |
Ток в ветви с индуктивным элементом в начальный момент |
|
ции |
времени после коммутации имеет то же самое значение, кото- |
|
рое он имел непосредственно перед коммутацией, а затем с это- |
||
|
||
|
го значения он начинает плавно изменяться |
|
|
Интервал времени, в течение которого ток (напряжение) в цепи |
|
Постоянная времени |
изменится в е = 2,71 раз. Величина постоянного времени зави- |
|
сит от вида и параметров цепи. Постоянная времени характери- |
||
|
зует скорость протекания переходных процессов, причем, чем |
|
|
больше постоянная времени, тем продолжительнее переходный |
|
|
процесс |
|
Принужденный (устано- |
Режим, который создается источником питания (постоянного |
|
вившийся) режим |
или переменного напряжения) |
|
Период |
Наименьший промежуток времени Т, через который колебания |
|
повторяются в той же самой последовательности. Такие коле- |
||
|
бания называются периодическими |
|
Последовательное соеди- |
Соединение, при котором через все участки цепи проходят один |
|
нение участков электри- |
и тот же ток или поток индукции |
|
ческой (магнитной) цепи |
|
|
Параллельное соедине- |
Соединение, при котором все участки цепи присоединяются к |
|
ние электрических (маг- |
одной паре узлов, т. е. находятся под действием одного и то- |
|
нитных) участков цепи |
го же электрического (магнитного) напряжения |
|
Проводимость |
Величина, обратная сопротивлению |
|
Свободная составляю- |
Составляющая тока (напряжения) в цепи во время переходного |
|
щая тока (напряжения) |
процесса, обусловленная внутренними накопителями энергии |
|
|
(индуктивными катушками и конденсаторами) |
|
Сдвиг фаз |
Величина, равная разности начальных фаз синусоидальных |
|
|
функций, имеющих одинаковую частоту |
|
Симметричная трехфаз- |
Электрическая цепь, в которой комплексные сопротивления |
|
ная цепь |
каждой её фазы одинаковы |
|
|
||
|
|
|
|
Машина переменного тока, обычно трехфазная, у которой угло- |
|
Синхронная машина |
вые скорости вращения магнитного поля и ротора равны между |
|
|
собой и кратны частоте тока электрической сети |
|
|
|
225
Термин |
Что обозначает |
|
|
Величина, характеризующая противодействие, которое оказы- |
|
Сопротивление |
вает электрическая цепь движущимся в ней электрическим за- |
|
|
рядам. Ед. измерения – Ом |
|
Сопротивление активное |
Сопротивление цепи, не содержащей емкостей и индуктивно- |
|
|
стей, переменному току. Ед. измерения - Ом |
|
Сопротивление емкост- |
Величина, характеризующая противодействие, оказываемое пе- |
|
ное (С.е.) |
ременному току емкостным элементом. С.е. xC = 1/ωС, Ом. |
|
Сопротивление ком- |
Отношение амплитуды (действующего значения) комплексного |
|
напряжения к амплитуде (действующему значению) ком- |
||
плексное |
плексного тока. Ед. измерения – Ом |
|
|
||
Сопротивление индук- |
Величина, характеризующая противодействие, оказываемое пе- |
|
тивное (С.и.) |
ременному току индуктивным элементом. С.и. xL = ωL, Ом |
|
Сопротивление магнит- |
Параметр магнитной цепи, равный отношению магнитного на- |
|
пряжения UM к магнитному потоку Ф для данного однородного |
||
ное (С.м.) |
участка магнитной цепи |
|
|
||
|
Отношение действующего или амплитудного напряжения со- |
|
Сопротивление полное |
ответственно к действующему или амплитудному току. Ед. из- |
|
|
мерения – Ом |
|
Сопротивление реактив- |
Величина, характеризующая противодействие, оказываемое пе- |
|
ное |
ременному току емкостным и индуктивным элементами цепи. |
|
Ед. измерения – Ом |
||
|
||
Статор |
Неподвижная часть электрической машины роторного типа |
|
|
Скалярная величина, равная производной по времени от элек- |
|
Ток проводимости |
трического заряда, переносимого носителями заряда сквозь рас- |
|
сматриваемую поверхность. П р и м е ч а н и е. До настоящего |
||
|
времени на практике широко применяется термин "сила тока |
|
|
проводимости" |
|
|
Статическое устройство, преобразующее переменный ток одно- |
|
Трансформатор |
го напряжения в переменный ток другого напряжения (при не- |
|
|
изменной частоте) |
|
«Треугольник» |
Схема соединения фаз генератора или потребителя, в которой |
|
|
вместе соединяются начало одной фазы с концом другой фазы. |
|
|
Электрическая цепь переменного тока, в которой действуют 3 |
|
Трехфазная цепь |
синусоидальных напряжения одинаковой частоты, сдвинутые |
|
|
по фазе на 120 градусов |
|
Узел |
Место соединения трех и более ветвей |
|
Фазные напряжения |
Напряжения, возникающие в фазах генератора или потребителя |
|
|
|
|
|
Одна из электрических цепей, входящая в состав многофазной |
|
Фаза |
цепи, характеризующаяся тем, что в ней действует ЭДС (на- |
|
пряжение), сдвинутое во времени по отношению к другим це- |
||
|
||
|
пям (фазам) этой многофазной цепи |
|
Фаза начальная |
Величина, определяющая состояние синусоидального процесса |
|
и равная значению фазы в начальный момент времени |
||
|
||
Фазные токи |
Токи в фазах генератора или потребителя |
|
|
ЭДС равна отношению работы, совершаемой сторонними си- |
|
ЭДС (электродвижущая |
лами и силами индуктированного электрического поля, к пере- |
|
сила) |
несенному электрическому заряду между двумя точками вдоль |
|
рассматриваемого пути или вдоль замкнутого контура |
||
|
||
|
|
226