Добавил:
ajieiiika26@gmail.com Делаю контрольные работы, курсовые, дипломные работы. Писать на e-mail. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
86
Добавлен:
18.01.2018
Размер:
1.7 Mб
Скачать

ВВЕДЕНИЕ

Электротехника, объединяя знания соответствующих разделов физики и математики, развивает их в направлении понимания сущности работы различных электротехнических устройств и методов их расчёта. Поэтому курс электротехники является базой для многих последующих специальных дисциплин студентов и основой грамотности инженеров самых различных специальностей.

Изучение курса электротехники студентами-заочниками в соответствии с предлагаемой методикой состоит из следующих этапов.

1.Самостоятельное изучение курса в соответствии с приведённой программой по одному из учебников, указанных в библиографическом списке. Значительное внимание в первой части курса уделяется характеристикам элементов и методам расчета линейных электрических цепей. Основная цель изучения методов заключается в совершенствовании навыков применения их для решения практических вопросов. При этом рекомендуется составлять конспект, записывая в нем основные законы, правила, определения, формулы, единицы измерения величин, типовые графики и векторные диаграммы, рекомендованные методики, алгоритмы расчета и др. В этом же конспекте следует приводить решения типовых задач для самоконтроля, которые могут быть взяты либо из данных методических указаний, либо из учебников или задачников. Такой конспект, если он составлен правильно, является в дальнейшей работе основным средством как при выполнении контрольных заданий и лабораторного практикума, так и при подготовке к экзамену.

2.Разбор решений приведённых в пособии типовых задач по отдельным темам программы курса электротехники.

3.Решение приведённых в пособии контрольных задач. Решённые задачи необходимо оформить в виде контрольной работы и напра-

вить в методический кабинет в указанные сроки. Вариант контрольных задач определяется двумя последними цифрами шиф-

ра.

4.Выполнение лабораторного практикума, направленного на проведение экспериментального исследования электрических цепей и их элементов.

5.Подготовка к решению в ИГЭУ задач на компьютере.

6.Сдача экзамена по электротехнике. На экзамене студент должен показать знание теоретического материала и умение решать с по-

3

мощью компьютера конкретные задачи, аналогичные задачам контрольных работ.

При анализе решённых задач и при решении контрольных задач по теории цепей рекомендуется придерживаться следующих правил:

1. Ясно понять условие задачи: что дано и что неизвестно.

2. Детально изучить электрическую схему цепи: сколько ветвей, узлов, контуров в схеме, как соединены между собой отдельные элементы. Подумать, нельзя ли изобразить схему проще, чтобы нагляднее были видны все соединения.

3.Проанализировать заданные параметры элементов, не приводит ли данное сочетание параметров к возникновению особых режимов (например, резонансов).

4.Продумать план решения, вспомнить, не была ли рекомендована в учебниках, задачниках, на лекциях целесообразная методика решения подобных задач. Например, последовательность действий при составлении уравнений по законам Кирхгофа, по методу контурных токов, методу узловых потенциалов и др.

5.При описании электромагнитных процессов в цепях уравнениями придерживаться существующих правил знаков.

6.При преобразовании исходной схемы целесообразно новую схему нарисовать отдельно с указанием условных положительных направлений токов в ветвях и обозначением одинаковыми символами соответственных узлов (точек). Иногда может оказаться полезным изменить начертание схемы для удобства ее анализа и наглядности способов соединения элементов.

7.В ходе решения задачи необходимо контролировать каждый шаг, анализировать его результат логически (может ли быть такое в данной цепи?), сопоставлять размерности суммируемых величин, оценивать правдоподобность численных ответов.

8.Правильность численных результатов расчета можно проверить подстановкой их в исходные уравнения. При этом следует учитывать особенности того или иного метода расчета. В методе узловых потенциалов целесообразно делать проверку рассчитанных токов по первому закону Кирхгофа, а в методе контурных токов – по второму. Во всех случаях положительный эффект дает проверка по уравнениям баланса мощностей.

4

1.ПРОГРАММА КУРСА «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

1.1.Свойства и методы расчета линейных электрических цепей при синусоидальных и постоянных напряжениях и токах

Электрическая цепь и ее элементы. Активные и пассивные двухполюсники. Линейные и нелинейные элементы.

Основные интегральные величины и понятия электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей.

Узлы и ветви электрической цепи. Законы Кирхгофа. Обобщенный закон Ома.

Источники энергии, их внешние характеристики. Представление реальных генераторов источниками тока и напряжения, их взаимные преобразования.

Закон сохранения энергии для электрической цепи. Мгновенная мощность и энергия.

Применение переменного тока в технике. Способы получения синусоидальных напряжений и токов.

Действующие значения гармонических величин.

Понятия, относящиеся к синусоидально изменяющимся величинам: фаза, начальная фаза, фазовый сдвиг, амплитуда, частота.

Комплексные величины, характеризующие установившиеся процессы в электрической цепи: комплексная амплитуда, комплекс действующего значения, комплекс мгновенного значения.

Синусоидальный ток в отдельных элементах электрической цепи. Активные, реактивные и полные сопротивления и проводимости

пассивных двухполюсников в цепи синусоидального тока. Комплексные сопротивление и проводимость.

Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме.

Энергетические процессы в цепи переменного тока. Активная энергия и реактивная энергия. Измерение энергии.

Активная, реактивная и полная мощности в цепи синусоидального тока. Измерение активной мощности.

Коэффициент мощности. Понятие о некоторых способах его увеличения.

Расчёт мощности в комплексной форме. Баланс мощностей. Векторное изображение гармонических величин. Векторные диаг-

раммы, основные правила их построения. Потенциальная (топографическая) диаграмма.

Уравнения состояния электрических цепей по методу контурных токов. Последовательность расчета токов в ветвях цепи указанным методом.

5

Система уравнений по методу узловых потенциалов. Последовательность расчета токов в ветвях цепи данным методом.

Эквивалентные преобразования последовательно-параллельных электрических схем с источниками и без источников. Назначение указанных преобразований.

Преобразование соединения треугольником в эквивалентную звезду (и наоборот). Назначение указанных преобразований.

Метод наложения. Выражения для расчета цепи методом наложения. Смысл входных и взаимных проводимостей.

Теорема об эквивалентном источнике (активном двухполюснике). Последовательность расчета цепи методом активного двухполюсника.

Принцип взаимности в линейной электрической цепи. Теорема о компенсации.

Оценка влияния изменения параметров на режим работы цепи. (Теорема о взаимных приращениях токов и напряжений.)

Понятие об индуктивно связанных элементах цепи (цепи с взаимной индуктивностью). Разметка зажимов индуктивно связанных катушек.

Методы расчета электрических цепей с взаимными индуктивностя-

ми.

Трансформатор без ферромагнитного сердечника (линейный или "воздушный"). Уравнения и векторная диаграмма трансформатора.

Идеальный трансформатор.

Особенности уравнения баланса мощностей в цепях с взаимными индуктивностями.

Резонанс при последовательном соединении элементов цепи. Колебания энергии при резонансе. Частотные характеристики цепи и резонансные кривые.

Резонанс при параллельном соединении элементов цепи. Колебания энергии при резонансе. Частотные характеристики цепи и резонансные кривые.

Резонансы в сложных цепях. Общие условия резонанса. Частотные характеристики чисто реактивных двухполюсников.

Условие передачи максимальной мощности от активного двухполюсника к пассивному на постоянном токе.

Условие передачи максимальной мощности от активного двухполюсника к пассивному на переменном токе.

Передача энергии по двухпроводной линии постоянного тока. Экономичность высоких напряжений при передаче электроэнергии на дальние расстояния.

Понятие о падении и потере напряжения в линии переменного тока.

6

1.2. Четырехполюсники

Уравнения линейного пассивного четырехполюсника. Коэффициенты четырехполюсника, связь между ними и способы их определения.

Передаточная функция четырехполюсника, входное сопротивление при произвольной нагрузке, КПД.

Эквивалентные схемы четырехполюсника.

1.3. Понятие о матричных методах расчета электрических цепей

Граф электрической цепи и его подграфы: ветвь, узел, путь, контур, дерево, сечение. Проиллюстрировать все понятия на примере.

Топологические матрицы графа: матрица соединений (узловая), матрица сечений, матрица контуров. Записать все указанные матрицы для конкретного графа.

Первый и второй законы Кирхгофа в матричной форме записи. Обобщенный закон Ома.

Соотношения между топологическими матрицами.

Уравнения состояния электрической цепи для узловых потенциалов в матричной форме.

Матричные уравнения электрической цепи с напряжениями ветвей дерева.

Матричные уравнения для контурных токов.

1.4. Многофазные цепи

Виды многофазных систем. Симметрия и уравновешенность многофазной системы.

Краткая история развития техники трехфазного тока. Преимущества трехфазных систем. Работы М.О. Доливо-Добровольского.

Трехфазный симметричный генератор.

Соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями при симметрии и несимметрии трехфазной системы, при соединении звездой и треугольником.

Расчет симметричных трехфазных цепей.

Расчет несимметричного режима трехфазной цепи при соединении фаз приемника звездой с нейтральным проводом в двух случаях:

а) нейтральный провод обладает сопротивлением; б) сопротивление нейтрального провода равно нулю.

Расчет несимметричных режимов трехфазной цепи при соединении приемника звездой без нейтрального провода, полагая заданной а) систему фазных ЭДС; б) систему линейных напряжений.

7

Случаи обрыва и короткого замыкания фаз нагрузки. Смещение нейтрали.

Расчет несимметричных режимов трехфазной цепи при соединении фаз приемника треугольником в двух случаях:

а) линейные провода обладают сопротивлениями; б) сопротивления проводов равны нулю.

Случаи обрыва линейных и фазных проводов. Простейшие фазоуказатели, их схемы и принцип работы. Резонансные режимы в трехфазной цепи.

Мощности в трехфазной цепи.

Способы измерения мощности в трехфазной цепи.

Вращающееся магнитное поле трехфазной и двухфазной систем неподвижных обмоток.

Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей. Основные понятия и уравнения метода симметричных составляю-

щих.

Свойства токов и напряжений различных последовательностей при различных соединениях трехфазной цепи.

Сопротивления трехфазной цепи для токов различных последовательностей.

Применение метода симметричных составляющих для расчета несимметричных коротких замыканий ("поперечная" несимметрия).

Применение метода симметричных составляющих для случая "продольной" несимметрии.

Выражение мощности трехфазной цепи через симметричные составляющие токов и напряжений.

1.5. Свойства и методы расчета линейных электрических цепей при несинусоидальных периодических напряжениях и токах

Несинусоидальные периодические напряжения и токи в технике. Представление их в виде ряда Фурье.

Действующие и средние значения несинусоидальных величин. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных перио-

дических кривых (коэффициенты амплитуды, формы, искажения, гармоник).

Метод расчета линейных электрических цепей с несинусоидальными источниками.

Влияние отдельных элементов цепи на форму кривой тока. Мощность при несинусоидальных токах и напряжениях. Особенности измерения негармонических токов и напряжений.

8

Резонансы в линейных электрических цепях при несинусоидальных источниках.

Высшие гармоники в трехфазных цепях при различных схемах соединения фаз генератора и приемника.

Порядок чередования фаз отдельных гармоник.

Несинусоидальные кривые с периодической огибающей. Биения и модуляция.

2. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.Исследование элементов электрических цепей.

2.Основные законы и методы расчета линейных электрических це-

пей.

3.Последовательное соединение активных и реактивных элементов цепи переменного синусоидального тока.

4.Параллельное соединение активных и реактивных элементов цепи переменного синусоидального тока.

5.Электрические цепи с взаимной индуктивностью.

6.Исследование трехфазной цепи при соединении треугольником.

7.Исследование трехфазной цепи при соединении звездой.

8.Исследование электрических цепей при несинусоидальных токах и напряжениях.

В зависимости от времени, отведенного на лабораторный практикум, отдельные работы могут выполняться либо по сокращенной программе, либо по расширенной (с элементами учебно-исследовательских заданий).

3.УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ВЫПОЛНЕНИЮ

ИОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Учебное пособие и контрольные работы по электротехнике охватывают следующие основные темы.

1.Основные понятия постоянного и переменного токов.

2.Элементы электрических цепей и их характеристики при постоянном и переменном токах.

3.Свойства и характеристики электрических цепей.

4.Основные законы и методы расчета электрических цепей.

5.Цепи с взаимной индуктивностью.

6.Трёхфазные электрические цепи.

7.Несинусоидальные токи в электрических цепях.

8.Переходные процессы в линейных электрических цепях.

9.Нелинейные электрические цепи постоянного и переменного токов.

9

10. Магнитные цепи.

Основные понятия, используемые в перечисленных темах, приведены в виде кратких теоретических сведений, которые могут быть расширены с помощью литературы, приведённой в списке. Далее даются типовые задачи с развёрнутым решением, которое должно быть детально изучено, после чего необходимо решить контрольные задачи, оформить их в виде контрольных работ и направить в методический кабинет. Детальное изучение задач в контрольных работах необходимо для решения задач, соответствующих приведённым в учебном пособии, в ИГЭУ во время экзамена.

При оформлении контрольных работ необходимо придерживаться следующих правил:

1.Текст задания следует переписать полностью со всеми рисунками

ичисловыми значениями параметров своего варианта.

2.Решения задач должны сопровождаться объяснениями основных этапов. Необходимо приводить все основные этапы вычислений. При применении готовых формул обязательно дать ссылку на соответствующую страницу учебника или задачника, откуда была взята данная формула.

3.Применять стандартные обозначения величин и единиц измерения. После каждого числового результата следует написать соответствующие единицы.

4.Графики и векторные диаграммы выполнять на миллиметровке. Указать, какие величины и в каких единицах отложены по осям. Оси проградуировать равномерно. Числовые значения координат точек на кривых, по которым они строятся, не указывать (желательно привести таблицу их значений).

5.Векторные диаграммы строить на комплексной плоскости. График в целом, отдельные кривые на нем, а также векторные диаграммы должны иметь названия.

6.Номера индексов токов в ветвях рекомендуется выбирать соответствующими номерам ветвей и нумерации входящих в нее активных

ипассивных элементов. В ходе расчета не рекомендуется менять принятые обозначения величин и условных положительных направлений токов.

7.При решении задачи символическим методом окончательные ответы для токов и напряжений должны быть даны в показательной форме, чтобы ясно были видны их модули и начальные фазы.

8.Все исправления сделанных рецензентами замечаний должны быть выполнены после текста первоначального решения. Не разрешается исправлять ошибки в рецензированном тексте.

10

4. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

4.1. Основные понятия переменного и постоянного токов

Электрический ток в проводнике – это поток заряженных частиц под действием приложенного напряжения. Он бывает постоянным, т.е. неизменным по величине во времени, и переменным, т.е. изменяющимся

во времени. В электротехнике переменным называется ток, периодически изменяющийся во времени. Периодичность изменения означает, что через некоторое время, называемое периодом Т, переменная величина будет иметь то же самое значение. Величина, обратная периоду,

называется частотой: (f = 1/T) и измеряется в герцах. Очевидно, что для постоянного тока период Т = ∞ и частота f = 0.

В курсе ТОЭ – 1 рассматривается синусоидальное изменение переменных, т.е. ток, напряжение и ЭДС, изменяющиеся синусоидально. Поскольку в пределах периода они в разные моменты времени (мгновения времени) могут иметь разное значение, то эти величины называются мгновенными и обозначаются строчными латинскими буквами: i, u, e.

Графики изменения тока и напряжения во времени представлены на рис. 4.1. Аналогичный график имеет и ЭДС источников энергии. Аналитические выражения для этих величин имеют вид

i = Imsin(щt + Шi );

u = Umsin(щt + Шu );

e = Emsin(щt + Шe ).

Рис. 4.1. Графики синусоидального изменения напряжения и тока

Здесь Im, Um, Em – амплитудные

значения соответственно тока, напряжения и ЭДС; (щt + Шi ) – фаза тока; (щt + Шu ) – фаза напряжения; (щt + Шe ) – фаза ЭДС. В начальный момент времени (t = 0) синусоидально изменяющиеся величины имеют начальные фазы Ψi, Ψu, и Ψe соответственно.

Все три мгновенных значения (ток, напряжение и ЭДС) объединяет

одна величина ω – угловая частота, измеряемая в радианах в секунду (р/с) или (с-1).

Она связана с периодом синусоидально изменяющихся величин и с их частотой (в герцах) формулойщ= 2 р / T = 2рf (с1 ).

11

Важно запомнить, что в одной линейной электрической цепи в установившемся режиме синусоидально изменяющиеся ток, напряжение и ЭДС могут иметь разные амплитуды и начальные фазы, но не могут иметь разные частоты ω и f и период T. То есть период и частота всех синусоидально изменяющихся величин одной электрической цепи одна и та же.

Мгновенные значения токов, напряжений и ЭДС показывают их действительное изменение во времени. На практике для оценки (измерения)

синусоидально изменяющихся величин используется их действующее значение. Действующее значение переменного тока – это такой экви-

валентный переменному постоянный ток, который в том же приёмнике энергии за тот же период времени совершает ту же самую работу или выделяет то же самое количество тепла.

Для синусоидально изменяющихся величин действующее значение тока, напряжения и ЭДС в корень из двух раз меньше их амплитудного значения.

I =

Im

 

;

U =

U

m

 

;

E =

E

m

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

4.2. Основные понятия о комплексных числах

Рассмотренное представление синусоидально изменяющихся величин в виде тригонометрических функций наглядно, но неудобно для проведения расчётов электрических цепей. Значительные преимущества в этом случае имеют комплексные числа.

Число А называется комплексным, если в его состав входит действительная часть (а) и мнимая часть (jb), где j = 1– мнимая единица.

А = а + jb .

Это алгебраическая форма записи комплексного числа. Оно может быть записано и в другой, показательной форме:

А = Аеjα .

Здесь А – модуль комплексного числа; α – аргумент этого числа.

Обе эти формы записи представляют одно и то же комплексное чис-

ло:

А = а + jb = Аеjα .

Переход от алгебраической формы записи к показательной осуществляется по формулам

12

Соседние файлы в папке Электротехника