Лекции по электротехнике для спо – КУРС лекций Электротехника, электронное / Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 3. Электропривод и электроснабжение

Лекции по электротехнике (1 часть)

ЛЕ К Ц И Я 1

1.Введение. Цели, задачи и структура курса.

2.Линейные цепи постоянного тока — основные понятия и определения.

3.Схемы электрических цепей и их элементы.

4.Законы Ома и Кирхгофа.

1.Введение

Электротехника — техническая дисциплина, которая занимается анализом и

практическим использованием для нужд промышленного производства и быта всех физических явлений, связанных с электрическими и магнитными полями.

Область практического применения электротехники имеет четыре связанные друг с другом направления :

1.Получение электрической энергии.

2.Передача энергии на расстояние.

3.Преобразование электромагнитной энергии.

4.Использование электроэнергии.

Научно-техническийпрогресс происходит при все более широком исполь- зовании электрической энергии во всех отраслях отечественной промышлен- ности. Поэтому электротехническая подготовка инженеров не электротехниче-

ских специальностей должна предусматривать достаточно подробное изучение вопросов теории и практики использования различных электроустановок. Ин- женер любой специальности должен знать устройство, принцип действия, характеристики и эксплуатационные возможности электрических цепей, элек- трических машин, различных аппаратов и другого электрооборудования, спо- собы регулирования и управления ими.

История развития электротехники как науки связана с важнейшими иссле- дованиями и открытиями. Это исследования атмосферного электричества, появление источников непрерывного электрического тока- гальванических элементов(1799 г.), открытие электрической дуги(1802 г.) и возможность ее использования для плавки металлов и освещения, открытие закона о направле- нии индуцированного тока(1832 г.) и принципа обратимости электрических машин, в1834 г. впервые осуществлен электропривод судна, открытие закона теплового действия тока- закона Джоуля- Ленца(1844 г.), в1876 г. положе- но начало практическому применению электрического освещения с изобрете- нием электрической свечи, в1889-1891 гг. созданы трехфазный трансформа- тор и асинхронный двигатель.

Внастоящее время отечественная электроэнергетика занимает передовые позиции в мире по созданию мощных ГЭС и каскадов электростанций, произ- водству мощных гидрогенераторов, высоким темпам теплофикации, строи-

тельству высоковольтных линий электропередач и мощных объединенных энергосистем, высокому техническому уровню электросетевого хозяйства.

Всовременных производственных машинах с помощью электротехнической

иэлектронной аппаратуры осуществляется управление ее механизмами, авто- матизация их работы, контроль за ведением производственного процесса, обеспечивается безопасность обслуживания и т.д. Все шире используется в технологических установках электрическая энергия, например, для нагрева из- делий, плавления металлов, сварки.

Основной задачей данного курса является получение основных сведений и формирование знаний, умений и навыков по электротехнике, электронным устройствам и электроприводу.

Всостав курса входят следующие разделы:

1.Электрические цепи постоянного тока.

2.Электрические цепи переменного тока.

3.Переходные процессы в электрических цепях.

4.Основы электроники.

5.Магнитные цепи и электромагнитные устройства.

6.Трансформаторы.

7.Электрические машины.

8.Основы электропривода.

2. Линейные цепи постоянного тока- основные понятия и определения.

Электрической цепью называется совокупность источников и потребителей электрической энергии, соединенных друг с другом с помощью проводников.

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц(элек- тронов или ионов).

Постоянный ток — ток, неизменный по величине и направлению.

Ветвью называется участок цепи между двумя соседними узлами, содержа- щий последовательное соединение элементов.

Точка, где соединяются три и более ветвей называется узлом.

Любой замкнутый путь, проходящий по ветвям данной цепи, называется контуром.

Основными параметрами, характеризующими электрические цепи постоян- ного тока, являются: I(А)- сила тока- количество электричества, проходяще- го через поперечное сечение проводника за единицу времени, U(В) — напря- жение на некотором участке электрической цепи, равное разности потенциалов на концах этого участка, R(Ом) — сопротивление, Р(Вт)- мощность. Все обо-

значения основных физических величин предусмотрены государственным стандартом. Единицы измерения диктуются международной системой единиц.

3. Схемы электрических цепей и их элементы.

Графическое изображение электрической цепи и ее элементов называется электрической схемой (рис. 1)

На любую машину, в состав которой входят электрические устройства, кроме конструкторских чертежей имеется элек- тродокументация, состоящая из различных

электрических схем. Электрические функ-

циональные схемы раскрывают принцип действия устройства. Существуют элек- тромонтажные схемы, в которых раскры- вается монтаж(соединение) электриче-

ских элементов цепи.

Электрические принципиальные схемы раскрывают электрические связи всех от-

дельных элементов электрической цепи между собой.

Все схемы вычерчиваются по определенным стандартам- ГОСТам. ГОСТы являются основой технического языка, применяемого в масштабе всей стра- ны.

Кроме основных электрических схем существуют схемы замещения, по ко- торым наиболее удобно составлять математические уравнения, описания элек- трических и энергетических процессов. Такие схемы являются эквивалентными моделями электрической цепи. Схемы максимально упрощены и по ним удоб- нее провести анализ отображаемых ими сложных электрических цепей.

Все элементы электрических цепей можно разделить на три группы: ис- точники(активные элементы), потребители и элементы для передачи элек- троэнергии от источников к потребителю(пассивные элементы).

Источником электрической энергии (генератором) называют устройство, преобразующее в электроэнергиюкакой-либодругой вид энергии(электро- машинный генератор- механическую, гальванический элемент или аккумуля- тор- химическую, фотоэлектрическая батарея- лучистую и т.п.).Источники делятся на источники напряжения(Е,U=соnst, при изменении иI) и источники тока(I=соnst, при измененииU). Все источники имеют внутреннее сопротив- лениеRвн, значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи.

Приемником электрической энергии (потребителем) называют устройство, преобразующее электроэнергию вкакой-либодругой вид энергии(электро- двигатель- в механическую, электронагреватель- в тепловую, источник света- в световую(лучистую) и т.п.).

Элементами передачи электроэнергии от источника питания к приемнику служат провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения и др.

Условные обозначения элементов электрической цепи на схеме стандарти- зованы. Примеры:

— резистивный элемент(линейный),

— идеальный источник ЭДС, условно положи- тельное направление ЭДС принято от отрица- тельного полюса к положительному(и совпа- дает с положительным направлением тока)

— нелинейный элемент,

— индуктивный элемент, — емкостной элемент,

— полупроводниковый диод, — плавкий предохранитель

4. Законы Ома и Кирхгофа

Закон Ома в простейшем случае связывает величину тока через сопротив- ление с величиной этого сопротивления и приложенного к нему напряжения:

Сила тока на некотором участке электрической цепи прямо пропорциональ-

на напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Закон Ома справедлив для любой ветви (или части ветви) электрической цепи, в таких случаях его называют обобщенным законом Ома. Для ветви, не содержащей ЭДС, закон Ома запишется:

I =

ϕa −ϕb

=

Uab

.

 

 

 

n

n

 

åRi

åRi

 

1

 

1

 

Здесь ϕа ,ϕb — потенциалы крайних точек ветви, их разность можно заменить напряжениемUab.

Обобщенный закон Ома для ветви, содержащей ЭДС(т.е. для активной вет- ви):

 

k

 

 

k

I =

ϕa −ϕb +åEj

=

Uab+ åEj

1

1

 

 

 

n

 

 

n

 

åRi

 

 

åRi

 

1

 

1

Пример: Записать закон Ома для активной цепи на рис. 2.

I = ϕa −ϕb + E1 − E2

R1− R2

Первый закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле электрической цепи равна нулю. При этом токи, текущие к узлу считаются положительными, а от узла- отрицательными. Другая формулировка: сумма токов, подходящих к уз- лу, равна сумме токов, отходящих от узла.

n

 

 

åIk = 0

k =1

+ I3 = 0или

I1

− I2

I1

+ I3

= I2

Первый закон Кирхгофа по сути является законом баланса токов в узлах цепи.

Второй закон Кирхгофа

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма па- дений напряжений на элементах, входящих в контур, равна алгебраической сумме ЭДС.

Второй закон Кирхгофа по сути является законом баланса напряжений в контурах электрических цепей.

Для составления уравнения по 2-музакону Кирхгофа выбирается произ- вольное направление обхода контура. Тогда, если направление тока в цепи совпадает с направлением обхода, то соответствующее слагаемое берется со знаком»+», а если не совпадает, то со знаком»-«. Аналогичное правило рас- становки знаков справедливо и для ЭДС.

Пример:

R1I1+ R3I3− R2I2= E1− E2

Уравнение по 2-музакону Кирхгофа может быть записано и для контура, имеющего разрыв цепи, однако при этом необходимо в уравнении учитывать напряжение между точками разрыва.

Пример:

R1I1− R2I2−Uab = E1

ЛЕ К Ц И Я 2

1.Схемы замещения электрических цепей.

2.Эквивалентные преобразования пассивных электрических цепей.

3.Расчет цепей посредством двух законов Кирхгофа.

4.Мощность в цепях постоянного тока.

5.Баланс мощностей.

1.Схемы замещения электрических цепей.

Схемой электрической цепи называется ее графическое изображение с ис- пользованием обозначений идеальных элементов. Например:

Если учесть сопротивление утечки реального конденсатора, сопротивление

витков реальной индуктивной катушки и внутреннее сопротивление реального источника ЭДС, то можно составить соответствующие схемы замещения этих элементов:

Отсюда следует, что все схемы по сути дела являются лишь более или ме- нее точными схемами замещения реальных электрических цепей.

Представленный на рис.2 контур содержит три участка: участок с посто- янным напряжениемU = Е, не зависящим от тока источника, и участки с на- пряжениямиRвхI иU на нагрузкеRн.

Направление ЭДС выбрано совпадающим с направлением тока, но оно противоположно напряжению на этом элементе.

Для определения параметров схемы замещения источника электрической энергии с линейной внешней характеристикой нужно провести два опыта — холостого хода(I=0; U=Uх=Е) и короткого замыкания(I=Iк; U=Е-RвнI).

2. Эквивалентные преобразования пассивных электрических цепей.

Для упрощения анализа сложных электрических цепей отдельные их уча- стки, не содержащие ЭДС, или пассивные цепи целиком можно заменить од- ним эквивалентным сопротивлением. Под эквивалентным понимают такое сопротивление, которое, будучи включенным в цепь вместо заменяемой группы сопротивлений, не изменяет распределение токов и напряжений в ос- тальной части цепи.

При последовательном соединении сопротивлений по каждому из них

протекает один тот же ток, следовательно, падение напряжения на эквива- лентном сопротивлении должно быть равно сумме падений напряжений на ис- ходных сопротивлениях:

IRэкв =IR1 +IR2 +…+IRn

отсюда получаем:

n

Rэкв =R1 +R2 +…+Rn =åRi

1

Если группа заменяемых сопротивлений соединена параллельно, то

напряжения на каждом из них и на эквивалентном сопротивлении одинаковы. Условия эквивалентности будут выполнены, если ток через искомое сопро- тивление будет равен сумме токов через отдельные параллельные сопротив- ления:

I =I1 +I2 +…+In

Используя закон Ома для отдельного сопротивления, можем записать:

 

 

 

U

 

=

U

 

+

U

+…+

U

 

 

 

 

 

R

 

R

R

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончательно получаем:

 

экв

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

1

 

n

1

 

 

 

=

 

+

 

 

+…+

 

= å

 

 

R

 

R

R

 

R

R

 

экв

 

 

1

 

 

2

 

 

 

n

 

1

i

Поскольку величина, обратная сопротивлению, есть проводимость, то, вводя обозначения для проводимостиGi =1/ Ri , получим:

n

Gэкв =åGi

1

При анализе сложных схем встречаются случаи, когда часть схемы образу- ет так называемый треугольник сопротивлений:

Схема упрощается, если треугольник с сопротивлениямиRав, Rвс, Rса за- менить эквивалентной звездой с сопротивлениямиRа, Rв, Rс. Иногда, наобо- рот, необходимо обратное преобразование звезды в треугольник. Схемы тре- угольника и звезды считаются эквивалентными, если после преобразования все токи и напряжения в остальных частях схемы(не затронутых преобразова- ниями) остаются неизменными.

Очевидно, условия эквивалентности должны выполняться и при обрыве проводов, подходящих к узлам»а», «в», «с». Например, при обрыве провода, подходящего к узлу»а», сопротивления между точками»в» и»с» в треуголь- нике и звезде должны быть одинаковы, т.е.:

Rbc(+Rac++Rab) = Rb + Rc ;

RbcRcaRab

Рассуждая аналогичным образом, можно записать:

Rca(Rab+ Rbc)

= R + R ;

 

 

c

a

Rca+ Rab+ Rbc

 

Rab(Rbc+ Rca)

= R + R ;

 

 

a

b

Rab+ Rbc+ Rca

 

Решая полученную систему уравнений относительно Rа, Rв иRс, получим формулы эквивалентного преобразования треугольника в звезду:

Ra =

RabRca

;

Rab+ Rbc+ Rca

 

 

Rb=

RbcRab

;

Rab+ Rbc+ Rca

 

 

 

Rc=

 

RcaRbc

;

 

Rab+ Rbc+ Rca

 

 

 

Решая систему относительно Rab , Rbc иRca получим формулы преобразова- ния звезды в треугольник:

Rab= Ra+ Rb+ Ra Rb ;

Rc

Rbc= Rb+ Rc+ Rb Rc ;

Ra

Rca= Rc+ Ra+ RRc Ra ;

b

В частном случае, когда сопротивления звезды или треугольника одина- ковы, эти формулы упрощаются:

RY = 13 R

R= 3RY

3.Расчет цепей посредством двух законов Кирхгофа.

Порядок расчета:

а) произвольно задаются положительными направлениями токов во всех ветвях схемы,

б) для всех узлов схемы кроме одного составляются уравнения по1-муза- кону Кирхгофа,

в) для всех независимых контуров составляются уравнения по2-музакону Кирхгофа(контур будет считаться независимым от остальных, если в него вхо- дит хотя бы одна новая ветвь, т.е. не вошедшая в состав других контуров).

Общее число уравнений, составленных по1 и2-музаконам Кирхгофа должно быть равно числу неизвестных токов. Полученная система линейных уравнений разрешается относительно токов с использованием известных ме- тодов решения систем уравнений(например, с помощью определителей)

studfiles.net

Курс лекций. Электротехника и электроника. Введение

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

М.С.Лурье, О.М. Лурье

Электротехника и электроника

КУРС ЛЕКЦИЙ

Для студентов всех направлений подготовки и всех форм обучения

Красноярск

УДК 621.3.018.72.025.

Лурье М.С., Лурье О.М. Электротехника и электроника. Курс лекций. Для студентов всех направлений подготовки и всех форм обучения. — Красно-

ярск:СибГТУ, 2012.- 417с.

Курс лекций «Электротехника и электроника» охватывает вопросы, посвященные теории электрических цепей постоянного, однофазного пе- ременного и трехфазного тока; электрическим машинам; электроприводу и электроснабжению и электронике.

Содержание курса, рассчитано на то, что часть материала будет про- рабатываться студентом самостоятельно.

Работа содержит четыре раздела. Лекции изложены по возможности доступным языком, сформулированы основные определения и выводы. Ра- бота снабжена большим количеством иллюстраций.

Рисунков 154, библиогр. назв. 16.

Рецензенты:к.т.н., доц. Костюченко Л.П. (КрасГАУ) к.т.н., доц. Зингель Т.Г.

М.С. Лурье, О.М. Лурье

ФГБОУВПО «Сибирский государственный технологический универси-

тет», 2012.

2

Введение

Целью изучения дисциплины «Электротехника и электроника» явля- ется формирование основополагающих знаний и практическая подготовка бакалавров в области электротехники и электроники, электропривода, электроснабжения и электрооборудования. После изучения данного курса бакалавры должны уметь выбирать необходимые электротехнические уст- ройства, уметь их правильно эксплуатировать и составлять совместно синженерами-электрикамитехнические задания на разработку электриче- ских частей автоматизированных и автоматических устройств и установок для управления различными технологическими процессами.

Основной задачей данного курса лекций является изучение основ- ных законов электрических и магнитных явлений, устройства и принципа работы электрических машин и аппаратов, основ электропривода и элек- троснабжения предприятий, полупроводниковых приборов и электронных устройств.

Дисциплина «Электротехника и электроника» относится к базовой части профессионального цикла дисциплин.

Курс, состоит из4-хразделов:

Впервом разделе «Электрические цепи» излагаются основные поня- тия, законы, методы анализа, области и особенности применения электри- ческих и магнитных цепей, электромагнитных цепей.

Во втором разделе «Электрические машины» излагаются основные понятия, принципы работы и устройство трансформаторов и электриче- ских машин.

Втретьем разделе «Электропривод и электроснабжение» даются ос- новные понятия теории электропривода, правила выбора электродвигате- лей к производственным механизмам и основные вопросы организации электроснабжения предприятий.

Вчетвертом разделе «Электроника» рассматриваются полупровод- никовые элементы электроники, принципы работы и применение усилите- лей, генераторов, выпрямителей, импульсных и логических устройств вы- числительной иинформационно-измерительнойтехники; принципы по- строения и основные схемы аналоговых и цифровых электронных измери- тельных приборов.

Курс «Электротехника и электроника» тесно связан и опирается на ранее изученные дисциплины: «Высшая математика» (дифференциалы и

интегральные исчисления, решение линейных дифференциальных уравне- ний1го и2го порядка, комплексные числа и др.), «физика» (электрические и магнитные поля, электромагнетизм, электричество).

3

Разделы курса «Электрические цепи» и«Электрические машины» основываются на темах: «Электричество и магнетизм» и«Колебания и волны» дисциплины«Физика».

Раздел «Электроника» связан также с разделом«Оптика» и«Физика твердого тела». Электромагнетизм в курсе физики(согласно типовой про- грамме) изучается достаточно фундаментально, поэтому повторение этих вопросов в курсе«Электротехника и электроника» нецелесообразно.

В разделе «Колебания и волны» дисциплины«Физика» излагаются вопросы гармонических и затухающих колебаний, резонансов напряжений и токов, колебательного разряда конденсаторов, понятие о переменном то- ке. Это обстоятельство учтено в разделе«Электрические цепи переменного тока», чтобы допустить дублирования и обеспечить преемственность ме- тодик преподавания соответствующих разделов физики и электротехники.

Изложение материала по «Электронике» опираться на физические процессы, происходящие в полупроводниковых приборах и рассматривае- мые в курсе«Физика». Поэтому здесь больше внимания уделено характе- ристикам, свойствам и применению полупроводниковых приборов и инте- гральных микросхем и схемотехнике.

Часть лекционного материала предусматривается для самостоятель- ного изучения. После каждого раздела приведены контрольные вопросы.

studfiles.net

Методическая разработка курс лекций по дисциплине: «Электротехника и электроника»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Сургутский нефтяной техникум (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Югорский государственный университет»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине: «Электротехника и электроника»

раздел: «Цепи постоянного тока»

Преподаватель: О.Н. Кузнецова

2015
Аннотация

В методической разработке представлен конспект лекций раздела» Электрические цепи постоянного тока» дисциплины «Электротехника и электроника».

Данный материал рассчитан на 3 лекционных занятия.

Ценность данной работы заключается в том, что основной теоретический материал, необходимый для получения студентами устойчивых знаний по данной теме, в соответствии с ФГОС третьего поколения, изложен простым и доступным языком.

Методическая разработка содержит примеры карточек контроля, которые позволяют проконтролировать степень усвоения материала по данным темам.

Также к методической разработке приложена презентация по данной теме.
Целью и задачами разработки являются:

  • обеспечение процесса обучения наглядными иллюстрациями, простыми для усвоения обучающимися;
  • совершенствование самостоятельности при получении знаний, умений, навыков;
  • формирование компетенции различных аспектов учебной деятельности и знаний, необходимых для спланированного продвижения в учении;
  • развитие у обучающихся логического мышления, интуиции;
  • развитие интеллектуальных и познавательных способностей.

Данной методической разработкой может пользоваться любой преподаватель дисциплины «Электротехника и электроника» или «Физика».

СОДЕРЖАНИЕ:

РАЗДЕЛ № 1 «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

  1. Лекция № 1. Тема: «Электрическая цепь, её элементы и параметры»….3
  2. Лекция № 2.Тема: «Основные законы электротехники»…………………8

2.1. Закон Ома………………………………………………………………8

2.2. Первый закон Кирхгофа………………………………………………9

2.3. Второй закон Кирхгофа……………………………………………….9

  1. Лекция № 3.Тема: «Способы соединения резисторов»……………..….10

3.1. Параллельное соединение резисторов………………………………10

3.2. Последовательное соединение резисторов…………………………11

3.3. Смешанное соединение резисторов…………………………….……12

3.4. Пример расчета смешанного соединения резисторов ……………..13

  1. Карточки контроля (Приложения 1, 2, 3)………………………………..15

РАЗДЕЛ № 1 «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

Лекция № 1

Тема: «Электрическая цепь, её элементы и параметры»
Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи, преобразования и использования электрической энергии.

Условное обозначение элементов электрической цепи:

Е, — источник ЭДС

, — потребитель

Источники ЭДС:

а) аккумуляторы

б) генераторы

в) конденсаторы
Потребители (нагрузка):

  1. электрические бытовые приборы,

б) осветительные приборы,

в) электрические двигатели,

г) трансформаторы и т.д.
Основными элементами, без которых невозможно создать электрическую цепь являются:

1. источник энергии

2. провода

3. потребитель

Рис. 1 простейшая электрическая цепь

Так же в электрическую цепь включаются: аппараты коммутации, электроизмерительные приборы, различные устройства защиты, преобразовательные и распределительные устройства.

Любая электрическая цепь характеризуется:

1. электрическим током,

2. электродвижущей силой (ЭДС),

3. электрическим напряжением,

4. электрической мощностью,

5. электрическим сопротивлением.
Электрическим токомназывают направленное движение заряженных частиц (электронов).

Значение тока определяется совокупным электрическим зарядом Q всех частиц проходящих за единицу времени через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Единица измерения электрического тока – Ампер (А).

В практических расчетах используют понятие плотности тока:

Электрический ток, не изменяющийся по направлению в течение времени называется постоянным током.

Постоянный ток может быть:

Пульсирующим Сглаженным

Электрический ток, изменяющий свое значение и направлении в течении времени периодически называется переменным током.

Электрический ток измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно.

Электродвижущей силой(Е) – называется величина равная энергии получаемой внутри источника единичным электрическим зарядом.

E – [B] (Вольт)

ЭДС получается в результате работы не электрических сил (химическая реакция, механическая энергия…)

Э.Д.С. измеряется вольтметром, при отключенной нагрузке, т.е. при разомкнутой цепи.

Напряжение(U) – величина, которая показывает, какая энергия преобразуется (расходуется) в потребителе, каждым единичным зарядом.

U – [B] (Вольт).

Напряжение измеряется вольтметром при замкнутой цепи.

Вольтметр включается в цепь параллельно.

При движении электронов в проводнике, они сталкиваются с атомами и молекулами материала, испытывая при этом противодействия своему движению, которое называется электрическим сопротивлением(R).

R – [Ом]

Электрическое сопротивление измеряется омметром.

Электрическое сопротивление проводника зависит от физико-химических параметров проводника и находится по формуле:

Сопротивление проводника зависит от температуры. Эта зависимость выражается формулой:

R2 = R1 [ 1+

R1 и R2 сопротивление проводника при начальной и конечной температурах.

— температурный коэффициент сопротивления

Любой элемент электрической цепи имеет большее или меньшее сопротивление.

Элемент с большим сопротивлением называется резистором.

Наряду с сопротивлением любой проводник обладает электрической проводимостью.

Удельная электрическая проводимость (G) характеризует свойство вещества проводить электрический ток

Учитывая эти определения, получим расчетные формулы для электрических цепей постоянного тока

Электрическая мощность (P) – это величина характеризующая скоростью выполняемой работы.

Единица измерения:[Вт]- ватт, [кВт] – киловатт.

Мощность, отдаваемая источником.

Мощность,потребляемая нагрузкой (мощность потребителя).

При прохождении тока по проводнику, электроны сталкиваются с молекулами вещества, в результате чего часть энергии электронов теряется, что приводит к нагреву проводника.

Количество теплоты, выделенной в проводнике, находится по закону Джоуля – Ленца.

Количество теплоты, выделяемой при прохождении тока в проводнике, пропорционально , сопротивлению и времени прохождения тока.
Лекция № 2

Тема: «Основные законы электротехники»

1. Закон Ома

Ток, протекающий по цепи прямо пропорционален напряжению, приложенному к цепи (участку цепи) и обратно пропорционален сопротивлению цепи (участку цепи).

С учетом внутреннего сопротивления источника ЭДС можно записать:

E = Uвн+ Uвнеш= I · Rвн + I · Rвнеш = I ( Rвн+ Rвнеш)

Тогда получим:

Напряжение на зажимах цепи:

U = E – Uвнут= E – I · Rвнут

Любая электрическая цепь содержит узлы, контуры и ветви.

Контуром называют любой замкнутый участок цепи, проходящий по нескольким ветвям (участкам).

Ветвью называют участок цепи, расположенный между 2-мя узлами по которому протекает один и тот же ток.

Узлом называют место соединения трех и большего числа ветви(проводов).

При расчете любой электрической цепи применяют законы Кирхгофа.

2. Первый закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма токов входящих в узел, равна алгебраической сумме токов выходящих из узла или сумма всех токов в узле равна нулю.

Этот закон применяют для составления токового уравнения для любого узла электрической цепи.

При составлении уравнения нужно помнить что токи, направленные к узлу берут со знаком (+), а токи, направленные от узла со знаком (-).

Токовое уравнение для узла А записанное по первому закону Кирхгофа.

3.Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма Э.Д.С., действующих в любом замкнутом контуре, равна алгебраической сумме напряжений на каждом сопротивлении этого контура:

;

или

Напряжение, действующее в любом замкнутом контуре равно сумме напряжений на каждом сопротивлении этого контура.

Пример:

Лекция № 3

Тема: «Способы соединения резисторов»

  1. Параллельное соединение сопротивлений.

Параллельным называется соединение, при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов и находятся под одним напряжением.

Признак параллельного соединения: наличие двух общих узлов.

Рассмотрим свойства:

  1. Напряжение на всех ветвях одинаково и равно напряжениюна зажимах цепи.

2. Ток в неразветвленной части цепи I равен сумме токов ветвей

3. Эквивалентное сопротивление цепи находится

а) через проводимости, если цепь содержит 3 или большее количество ветвей:

Где:

б) Если цепь содержит 2 ветви, то находится по формуле

В) Если цепь содержит n ветвей с одинаковыми сопротивлениями то:

2. Последовательное соединение резисторов.

Последовательным называют соединение, при котором резисторы соединены друг за другом без разветвлений.

Признак последовательного соединения:отсутствие узлов между резисторами.

Рассмотрим свойства соединения.

  1. Ток, протекающий через все сопротивления одинаковый.
  1. Напряжение на зажимах цепи равно сумме напряжений на всех сопротивлениях.
  1. Эквивалентное сопротивление цепи равно сумме всех R.

По закону Ома напряжения на зажимах цепи и на сопротивлениях рассчитывают

; ;

Видим, что при последовательном соединении резисторов напряжения на них прямо пропорциональны сопротивлению, т.е. напряжение U прямопропорционально сопротивлению R

Поэтому если изменить значения сопротивлений, то произойдет перераспределение напряжения на участках цепи.

3. Смешанное соединение

Смешанным называют соединение, которое содержит участки с последовательным и параллельным соединением.

При расчете цепи со смешанным соединением необходимо знать свойства последовательного и параллельного соединений и пользоваться ими, а также знать и применять законы Ома и Кирхгофа.

Сначала необходимо выделить участки цепи, на которых видно, какое — либо соединение (последовательное или параллельное).

Пользуясь свойствами начать сворачивать первоначальную цепь до одного эквивалентного сопротивления с составлением схем замещения.

Пользуясь схемами замещения произвести расчет всех параметров на участках цепи.

Пример расчета параметров электрической цепи со смешанным соединением резисторов:

Решение:

  1. Находим эквивалентное сопротивление:

б)

  1. Находим напряжение :
  1. Находим ток :
  1. Находим ток :
  1. Находим напряжение на зажимах цепи :
  1. Мощность, потребляемая цепью:
  1. Электроэнергия, потребляемая цепью за 8 часов работы:
  1. При замыкании накоротко резистора , цепь будет иметь вид:

ОБРАЗЦЫ КАРТОЧЕК КОНТРОЛЯ И ПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ

ПО РАЗДЕЛУ: «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА»
Приложение 1

Карточки контроля к теме: «Электрическая цепь, её элементы и параметры»

Вариант 1Вариант 2Вариант 3
Вариант 1Вариант 2Вариант 3

Приложение 2

Карточки контроля к теме: «Основные законы электротехники»

Приложение 3

Карточки контроля к теме: «Способы соединения резисторов»

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет – ресурсов, дополнительной литературы

Основная литература:

  1. Б.В. Покрепин. «Оператор по добыче нефти и газа».Волгоград: Ин — Фолио, 2011.
  2. А.И. Снарев. «Расчеты машин и оборудования для добычи нефти и газа». – М.: Инфра-инженерия, 2010.
  3. С.П. Никитенко. «Нефтегазопромысловое оборудование». — Волгоград: Ин — Фолио, 2008.
  4. Б.Г. Меньшов, И.И. Суд. «Электрооборудование нефтяной промышленности». – М.: Недра, 2008.

Дополнительная литература:

  1. Кацман М. И. «Электрические машины» — М.: Высшая школа, 2010.
  2. «Справочник мастера по ремонту нефтегазового технологического оборудования». Том 1, 2. – М.: Инфра-инженерия, 2008.
  3. А.Г. Молчанов, В.Л. Чичеров. «Нефтепромысловые машины и механизмы». – М.: Недра, 2003.
  4. А.А. Раабен, П.Е. Шевалдин, Н.Х. Максутов. «Ремонт и монтаж нефтепромыслового оборудования». – М.: Недра, 2003.
  5. В.И. Блохин, Б.И. Моюхейн, Б.М. Парфенов и др. «Электропривод новых буровых установок с применением тиристорных преобразователей». – М.: ВНИИОНГ.

Интернет-ресурсы:

1.http://escientist.ru/

2. http://www.vsyaelektrotehnika.ru/

3. http://electricalschool.info/main/elsnabg/

4. http://www.mephi.ru/sdudents/labs/chair8/

fiz.na5bal.ru

Краткий курс лекций по электротехнике (заочное отделение) — Краткий курс лекций по электротехнике (заочное отделение)

Краткий курс лекций по электротехнике (заочное отделение)
скачать (798.5 kb.)
Доступные файлы (1):


n1.doc

Краткий курс лекций

по электротехнике (заочное отделение)

Содержание:

Введение

  1. Основные определения
    1.1. Основные пояснения и термины
    1.2. Пассивные элементы схемы замещения
    1.3. Активные элементы схемы замещения
    1.4. Основные определения, относящиеся к схемам
    1.5. Режимы работы электрических цепей
    1.6. Основные законы электрических цепей
  2. Эквивалентные преобразования схем. Параллельное соединение элементов электрических цепей
    2.1. Последовательное соединение элементов электрических цепей
    2.2. Параллельное соединение элементов электрических цепей
  3. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
    3.1. Расчет электрических цепей постоянного тока
    с одним источником методом свертывания
  4. Анализ сложных электрических цепей с несколькими источниками энергии
    4.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
    4.2. Метод контурных токов
    4.3. Метод узловых потенциалов
  5. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
    5.1. Основные определения
    5.2. Графический метод расчета нелинейных цепей постоянного тока
  6. Электрические цепи однофазного переменного тока
    6.1. Основные определения
    6.2. Изображение синусоидальных функций времени в векторной форме
    6.3. Изображение синусоидальных функций времени в комплексной форме
    6.4. Сопротивление в цепи синусоидального тока
    6.5. Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока
    6.6. Емкость в цепи синусоидального тока
    6.7. Последовательно соединенные реальная индуктивная
    катушка и конденсатор в цепи синусоидального тока

    6.8. Параллельно соединенные индуктивность, емкость и
    активное сопротивление в цепи синусоидального тока

    6.9. Резонансный режим в цепи, состоящей из параллельно
    включенных реальной индуктивной катушки и конденсатора

    6.10. Мощность в цепи синусоидального тока
  7. Трехфазные цепи
    7.1. Основные определения
    7.2. Соединение в звезду. Схема, определения.
    7.3. Соединение в треугольник. Схема, определения
    7.5. Мощность в трехфазных цепях
  8. Переходные процессы в линейных электрических цепях
  9. Магнитные цепи
    9.1. Основные определения
    9.2. Свойства ферромагнитных материалов
    9.3. Расчет магнитных цепей
  10. Трансформаторы
    10.1. Конструкция трансформаторов
    10.2. Работа трансформатора в режиме холостого хода
    10.3. Работа трансформатора под нагрузкой
  11. Электрические машины постоянного тока
    11.1. Устройство электрической машины постоянного тока
    11.2. Принцип действия машины постоянного тока
    11.3. Работа электрической машины постоянного тока
    в режиме генератора

    11.4. Генераторы с независимым возбуждением.
    Характеристики генераторов

    11.5. Генераторы с самовозбуждением.
    Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением

    11.6. Работа электрической машины постоянного тока
    в режиме двигателя. Основные уравнения

    11.7. Механические характеристики электродвигателей
    постоянного тока
  12. Электрические машины переменного тока
    12.1. Вращающееся магнитное поле
    12.2. Асинхронные двигатели. Конструкция, принцип действия
    12.3. Вращающий момент асинхронного двигателя
    12.4. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей.
    Реверсирование асинхронного двигателя

    12.5. Однофазные асинхронные двигатели
    12.6. Синхронные двигатели.
    Конструкция, принцип действия

Список литературы

Введение

           Электротехника — отрасль науки и техники, связанная с применением электрических и магнитных явлений для преобразования энергии, обработки материалов, передачи информации и др.
         Электротехника охватывает вопросы получения, преобразования и использования электроэнергии в практической деятельности человека. Электроэнергию можно получить в значительных количествах, передать на расстояние и легко преобразовать в энергию других видов.
       В кратком курсе лекций даны  основные определения и топологические параметры электрических цепей, изложены методы расчета линейных и нелинейных цепей постоянного и переменного тока, анализ и расчет магнитных цепей.
           Рассмотрены конструкция,  принцип действия  и характеристики трансформаторов и электрических машин постоянного и переменного тока, а также информационных электрических машин.
       

1. Основные определения

1.1. Основные пояснения и термины

         Электротехника — это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях.
       Электрическая цепь — это совокупность устройств, предназначенных для производства, передачи, преобразования и использования электрического тока.
    Все электротехнические устройства по  назначению,  принципу действия  и конструктивному оформлению можно разделить на три группы:

  1. Источники энергии, т.е. устройства, вырабатывающие электрический ток (генераторы, термоэлементы, фотоэлементы, химические элементы).
  2. Приемники, или нагрузка, т.е. устройства, потребляющие электрический ток (электродвигатели, электролампы, электромеханизмы и т.д.).
  3. Проводники, а также различная коммутационная аппаратура (выключатели, реле, контакторы и т.д.).

    Направленное движение электрических зарядов называют электрическим током. Электрический ток может возникать в замкнутой электрической цепи. Электрический ток, направление и величина которого неизменны, называют постоянным током и обозначают прописной буквой I.
     Электрический ток, величина и направление которого не остаются постоянными, называется переменным током. Значение переменного тока в рассматриваемый момент времени называют мгновенным и обозначают строчной буквой i.

     Для работы электрической цепи необходимо наличие источников энергии.
     Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей. Активными называют электрические цепи, содержащие источники энергии, пассивными — электрические цепи, не содержащие источников энергии.

       Электрическую цепь называют линейной, если ни один параметр цепи не зависит от величины или направления тока, или напряжения.
       Электрическая цепь является нелинейной, если она содержит хотя бы один нелинейный элемент. Параметры нелинейных элементов зависят от величины или направления тока, или напряжения.

       Электрическая схема — это графическое изображение электрической цепи, включающее в себя условные обозначения устройств и показывающее соединение этих устройств. На рис. 1.1 изображена электрическая схема цепи, состоящей из источника энергии, электроламп 1 и 2, электродвигателя 3.

Рис. 1.1

       Для облегчения анализа электрическую цепь заменяют схемой замещения.   
      Схема замещения — это графическое изображение электрической цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры замещаемых элементов.

       На рисунке 1.2 показана схема замещения.

Рис. 1.2

 


Краткий курс лекций по электротехнике (заочное отделение)

nashaucheba.ru

Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 1. Электрические цепи

4

Раздел 1. Электрические цепи Содержание

Стр.

Раздел 1.Электрические цепи ………………………………………………………………

4

Лекция 1.1 Введение. Основные методы анализа линейных

 

электрических цепей постоянного тока…………………………………………………

7

1.1.1 Общие положения и определения. Элементы цепей и их

 

характеристики …………………………………………………………………………………

7

1.1.1.1 Источник электрической энергии ………………………………………..

8

1.1.1.2 Приемник электрической энергии ……………………………………..

10

1.1.1.3 Основные определения теории цепей постоянного тока……..

11

1.1.2 Режимы работы электрической цепи ………………………………………..

12

1.1.3 Законы Кирхгофа…………………………………………………………………….

14

1.1.4 Баланс мощности в электрической цепи……………………………………

17

1.1.5 Обзор методов анализа цепей постоянного тока……………………….

18

Лекция 1.2Нелинейные цепи постоянного тока…………………………………..

22

1.2.1 Нелинейные цепи общие положения и определения………………….

22

1.2.2 Графоаналитический метод расчета нелинейных цепей…………….

22

1.2.3 Графический метод расчета неразветвленных цепей с

 

нелинейными элементами ………………………………………………………………..

25

1.2.3.1 Последовательное соединение элементов…………………………..

25

1.2.3.2 Параллельное соединение элементов…………………………………

26

1.2.3.3 Смешанное соединение элементов …………………………………….

28

1.2.3.4 Аналитические расчеты нелинейных цепей……………………….

30

Лекция 1.3 Цепи однофазного переменного синусоидального тока.

 

Общие положения и определения ……………………………………………………….

33

1.3.1 Общие положения и определения. Источники

 

синусоидальных ЭДС и токов……………………………………………………………

33

1.3.2 Причины выбора синусоидальной формы тока и

 

промышленной частоты……………………………………………………………………

35

1.3.3 Действующее и среднее значения периодических ЭДС,

 

напряжений и токов………………………………………………………………………….

36

1.3.3.1 Действующее значение периодических ЭДС, напряжений и

 

токов……………………………………………………………………………………………

36

1.3.3.2 Среднее значение синусоидального переменного тока………

39

1.3.4 Векторные диаграммы ……………………………………………………………..

40

1.3.5 Изображение синусоидальных функций времени

 

комплексными числами (символический метод) ……………………………….

41

1.3.5.1 Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме………………….

44

Лекция 1.4 Идеализированные линейные элементы однофазных цепей

 

синусоидального тока …………………………………………………………………………

46

1.4.1 Идеальный активный элемент…………………………………………………..

46

5

 

1.4.2 Идеальный индуктивный элемент…………………………………………….

47

1.4.3 Идеальный емкостный элемент ………………………………………………..

49

Лекция 1.5 Полная цепь переменного тока. Мощность в цепи

 

переменного тока………………………………………………………………………………..

52

1.5.1 Закон Ома для полной цепи переменного тока,

 

треугольник напряжений………………………………………………………………….

52

1.5.1.1 Закон Ома для Полной цепи переменного тока…………………..

52

1.5.1.2 Треугольники сопротивлений и тока………………………………….

56

1.5.3 Мощность в цепи переменного тока …………………………………………

58

Лекция 1.6Электрические резонансы…………………………………………………

61

1.6.1 Общая характеристика резонансных цепей……………………………….

61

1.6.2 Резонанс напряжений……………………………………………………………….

62

1.6.3 Резонанс токов…………………………………………………………………………

66

Лекция 1.7 Трехфазные электрические цепи с

 

симметричными и несимметричными приемниками……………………………

72

1.7.1 Понятие о трехфазных источниках ЭДС и тока. Способы

 

получения трехфазного тока. Преимущества трехфазной системы

 

электроснабжения. Способы записи комплексных напряжений

 

генератора………………………………………………………………………………………..

72

1.7.2 Соединение«звездой». Соотношения между токами и

 

напряжениями. Симметричный и несимметричный режимы работы.

 

Роль нулевого провода.Векторные диаграммы…………………………………

75

1.7.3 Соединение«треугольником». Соотношения между токами и

 

напряжениями. Симметричный и несимметричный режимы работы.

 

Векторные диаграммы ……………………………………………………………………..

77

1.7.4 Мощность в трехфазной сети. Универсальная формула

 

мощности…………………………………………………………………………………………

79

1.7.4.1 Измерение активной мощности в трехфазных цепях………….

80

Лекция 1.8Магнитные цепи………………………………………………………………..

83

1.8.1 Основные величины, характеризующие магнитное поле и связь

 

между ними ……………………………………………………………………………………..

83

1.8.2 Закон полного тока. Магнитодвижущая сила. Магнитная цепь и ее

разновидности………………………………………………………………………………….

85

1.8.3 Основные характеристики ферромагнитных материалов. Роль

 

ферромагнитных материалов в магнитной цепи………………………………..

87

1.8.4 Вебер-амперныехарактеристики и их построение.

 

Законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей………………………………….

88

1.8.5 Расчет простых магнитных цепей……………………………………………..

90

Лекция 1.9 Переходные процессы в линейных цепях…………………………..

95

1.9.1 Основные положения и определения………………………………………..

95

1.9.2 Включение катушки на постоянное напряжение. Короткое

 

замыкание катушки с током. Энергия магнитного поля катушки. ……..

97

6

 

1.9.3 Заряд и разряд конденсатора. Энергия электрического поля

 

конденсатора.Законы коммутации …………………………………………………

102

1.9.4 Включение полной цепиRLC на постоянное напряжение……….

107

1.9.5 Операторный метод расчета переходных процессов. Теорема

 

Хэвисайда………………………………………………………………………………………

112

7

Лекция 1.1 Введение. Основные методы анализа линейных электрических цепей постоянного тока

План лекции

1)Общие положения и определения. Элементы цепей и их характе- ристики.

2)Режимы работы электрической цепи.

3)Законы Кирхгофа.

4)Баланс мощности в электрической цепи.

5)Обзор методов анализа цепей постоянного тока.

1.1.1Общие положения и определения. Элементы цепей и их характеристики

Электрической цепью называется искусственно созданный путь для электрического тока. Пример электрической цепи дан на рисунке 1.

 

a

 

I

b

 

 

 

 

 

E,

 

+

 

ΔU

 

 

U

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

c

а

б

Рисунок 1 — Электрическая цепь: а– принципиальная электрическая схема; б– блок схема

Основное назначение электрической цепи — распределение и взаим- ное преобразование электрической и других видов энергии.

Электрическая цепь состоит из трех основных элементов:

-источника электрической энергии;

-приемника электрической энергии;

8

— соединительных проводов.

Рассмотрим каждый из этих элементов цепи подробнее.

1.1.1.1 Источник электрической энергии

Источники электрической энергии разнообразны: гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы, термоэлектрические и солнечные батареи и т.д., рисунок2,а.

Они превращают химическую, механическую, тепловую, световую или энергию других видов в электрическую энергию.

На схемах источники энергии обозначаются так, как показано на ри- сунке2,б.

Везде RO — внутреннее сопротивление источника энергии.

Гальванический

Электромашинный

Термогенератор Солнечная батарея

элемент

генератор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б Рисунок2 — Условные обозначения источников

В элементах и аккумуляторах, внутреннее сопротивление- это со- противление электролита и граничных слоев между электролитом и элек- тродами, в генераторах- это сопротивление меди обмоток.

Основное назначение источника энергии — создать и постоянно поддерживать в цепи разность потенциалов, разность электрических уровней; создать как бы электрический напор, под воздействием которого и образуется упорядоченное движение электрических зарядов, то есть ток.

Принято зажим высшего потенциала источника обозначать знаком «+», а зажим низшего потенциала знаком«−».

Разность электрических потенциалов количественно определя- ется величиной, которая называется- электродвижущей силой или коротко ЭДСи обозначается на схемах буквой «Е»

9

где ϕ1 — высший потенциал или уровень источника; ϕ 2 — низший потенциал источника.

Направление действия ЭДС обозначается стрелкой, направленной от низшего потенциала к высшему, то есть от«−» к«+».

Работа источника хорошо оценивается с помощью, так называемой внешней характеристики.

Внешней характеристикой называется функциональная зависи- мость напряжения на клеммах источника от величины тока, проте- кающего через источник.

Примерный вид внешних характеристик источников электрической энергии показан на рисунках 3 и4.

Рисунок 3 — Внешняя характеристика

Рисунок 4 — Внешняя

источника напряжения

характеристика источника тока

Из характеристики видно, что с увеличением тока напряжение на клеммах источника несколько уменьшается за счет потери напряжения на внутреннем сопротивленииRO . В целом, же с ростом тока, напряжение на источнике остается более или менее постоянным.

Подобные характеристики имеют гальванические элементы, аккуму- ляторы, электромашинные генераторы постоянного тока, выпрямители.

На рисунке 4 приведена внешняя характеристика источника элек- трической энергии другого вида.

Здесь, ток вырабатываемый источником остается более или менее постоянным, при значительном изменении напряжения на клеммах источ- ника.

Отличительная особенность таких источников — очень большая вели- чина внутреннего сопротивления, значительно превышающая сопротивле- ние приемника электрической энергии. Данные источники строят по спе- циальным схемам и широко применяют в современной электронике.

10

1.1.1.2 Приемник электрической энергии

Приемники электрической энергии или нагрузки, или потребители- разнообразны. Это могут быть электрические лампы, нагревательные при- боры, электродвигатели и другие устройства.

В нагрузках электрическая энергия преобразуется в тепловую, свето- вую, механическую и другие виды энергии.

На схемах, нагрузка учитывается с помощью соответствующих со- противлений и условно обозначается так, как показано на рисунке5.

R

Рисунок 5 — Условное изображение нагрузки

В общем случае сопротивление нагрузки R зависит от тока, проте- кающего по нему. Однако, эта зависимость при расчетах цепей использу- ется редко.

На практике, чаще используют зависимость напряжения нагрузки от тока нагрузки, которая называется вольтамперной характеристикой.

Вольтамперной характеристикой называется функциональная зависимость напряжения на зажимах нагрузки от тока, протекающего через нагрузку.

Вольтамперные характеристики могут быть самыми разнообразны- ми, например такими, как показано на рисунке6.

Рисунок 6 — Вольтамперные характеристики нагрузки

Характеристика «а» называется линейной. Характеристики«b» и«c» называются нелинейными. Поэтому нагрузки бывают линейными и нели- нейными.

Линейным элементом или нагрузкой называют такой, сопротив- ление которогоR , при любых значениях тока через него, остается по-

стоянным, а вольтамперная характеристика представляет собой пря- мую линию.

Нелинейным элементом называют такой, сопротивление кото- рогоR непостоянно и зависит от величины тока, проходящего через

11

него, а вольтамперная характеристика представляет собой кривую линию.

Только линейные элементы подчиняются закону Ома:

U = RI; R=

U

;

I =

U

.

(2)

 

 

 

I

 

R

 

Рисунок 7 — Георг Симон Ом. Немецкий физик. Установил основной закон электрической цепи(закон Ома). Член Баварской АН(1845), член- корреспондент Берлинской АН, иностранный почетный член Лондонского Королевского общества(1842).

Соединительные провода

Соединительные провода или линия, обозначены на рисунке1 — a − b иd − c . Они обеспечивают передачу электрической энергии, транспорти- руют энергию от источника к нагрузке.

Их назначение передать электрическую энергию потребителю с ми- нимальными потерями.

Рассмотрев отдельные элементы, вернемся обратно к электрической цепи, как к сосредоточию всех элементов.

1.1.1.3 Основные определения теории цепей постоянного тока

Цепью постоянного тока называется такая цепь, в которой ЭДС, токи и напряжения остаются постоянными по величине и не зависят от времени.

Цепи делятся на два больших класса:

-линейные;

-нелинейные.

Электрические цепи, содержащие только элементы с линейными вольтамперными характеристиками, называются линейными цепями.

12

Электрические цепи, содержащие элементы с нелинейными ха- рактеристиками называются нелинейными цепями.

Строго говоря, любые цепи нелинейны, однако, если степень нели- нейности мала, то ею пренебрегают и считают такую цепь линейной.

В дальнейшем мы будем рассматривать пока только линейные цепи, так как лишь они подчиняются закону Ома и могут рассчитываться анали- тическими методами.

1.1.2 Режимы работы электрической цепи

Любая электрическая цепь состоит из двух участков:

-внешний участок цепи, с сопротивлениемR ;

-внутренний участок цепи, имеющий сопротивлениеRO .

Внешним участком цепи или внешней цепью называют часть цепи, которая присоединяется извне к зажимам источника.

Внутренним участком цепи или внутренней цепью называют часть цепи, которая проходит внутри источника энергии между его зажимами через электролит или обмотки генератора.

Электрические цепи делятся на замкнутые и разомкнутые.

Замкнутая цепью — такая, в которой имеется непрерывный путь для тока, а общее сопротивление цепи меньше бесконечности,

R +RO < ∞.

Разомкнутой цепью называют такую цепь, в которой путь для тока прерывается, а общее сопротивление равно бесконечности

R +RO = ∞.

 

 

По закону Ома для полной цепи имеем I =

E

,

 

R + RO

 

 

 

 

если R + RO < ∞, тоI > 0 , еслиR + RO = ∞, тоI = 0 .

(3)

Отсюда следуют выводы:

 

 

1)только в замкнутой цепи может протекать ток;

2)в разомкнутой цепи ток не существует, но может существовать напряжение или ЭДС.

Ток протекает по проводнику цепи, поэтому стрелку тока принято

размечать на самом проводнике.

За положительное направление тока во внешней цепи, принято направление от высшего потенциала к низшему, то есть от«+» к«−».

За положительное направление тока во внутренней цепи приня- то направление от низшего потенциала к высшему, то есть от«−» к«+».

13

Напряжение на любом участке цепи есть реакция на ток, поэто- му стрелку напряжения принято размечать параллельно элементу и всегда против ранее размеченной стрелки тока. (см. рисунок 8).

 

 

R

 

 

 

 

E

I

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

U = E

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 — Стрелки тока и напряжения

Электрическая цепь может работать в различных режимах, однако все эти режимы, сколько бы их ни было, находятся между двумя крайними режимами- холостым ходом и коротким замыканием.

Режимом холостого хода цепи называют такой режим, при кото- ром сопротивление нагрузкиR = ∞, то есть внешняя цепь разомкнута

(см. рисунок9). Следовательно,

I XX

=

E

=

E

= 0 .

(4)

 

 

 

 

R + RO

∞ + RO

 

При режиме холостого хода ток холостого хода равен нулю.

Режимом короткого замыкания цепи называется такой режим, при котором сопротивление нагрузкиR =0 , то есть внешняя цепь замкнута накоротко(см. рисунок 10).

Следовательно,

I КЗ

= E =

E =

E = max .

(5)

 

R + RO

0 + RO

RO

 

 

IХХ=0

 

 

+

 

 

+

 

 

E

UХХ =E

 

 

R=∞

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 — Режим холостого

Рисунок 10 — Режим короткого

 

хода

 

 

замыкания

Таким образом, при коротком замыкании ток в цепи максимален и ограничивается только величиной внутреннего сопротивленияRO источ- ника энергии.

studfiles.net

Лекции по общей электротехнике

41 лекция по общей электротехнике:

Лекция № 1. Элементы электрических цепей.

Лекция № 2. Топология электрической цепи.

Лекция № 3. Представление синусоидальных величин с помощью векторов и комплексных чисел.

Лекция № 4. Элементы цепи синусоидального тока. Векторные диаграммы и комплексные соотношения для них.

Лекция № 5. Закон Ома для участка цепи с источником ЭДС.

Лекция № 6. Основы матричных методов расчета электрических цепей.

Лекция № 7. Преобразование энергии в электрической цепи. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности синусоидального тока.

Лекция № 8. Резонансы в цепях синусоидального тока.

Лекция № 9. Векторные и топографические диаграммы.

Лекция № 10. Анализ цепей с индуктивно связанными элементами.

Лекция № 11. Особенности составления матричных уравнений при наличии индуктивных связей и ветвей с идеальными источниками.

Лекция № 12. Методы расчета, основанные на свойствах линейных цепей.

Лекция № 13. Метод эквивалентного генератора.

Лекция № 14. Пассивные четырехполюсники.

Лекция № 15. Электрические фильтры.

Лекция № 16. Трехфазные электрические цепи.

Лекция № 17. Расчет трехфазных цепей.

Лекция № 18. Применение векторных диаграмм для анализа несимметричных режимов.

Лекция № 19. Метод симметричных составляющих.

Лекция № 20. Теорема об активном двухполюснике для симметричных составляющих.

Лекция № 21. Вращающееся магнитное поле.

Лекция № 22. Линейные электрические цепи при несинусоидальных периодических токах.

Лекция № 23. Резонансные явления в цепях несинусоидального тока.

Лекция № 24. Способы составления характеристического уравнения.

Лекция № 25. Операторный метод расчета переходных процессов.

Лекция № 26. Некоторые важные замечания к формуле разложения.

Лекция № 27. Расчет переходных процессов с использованием интеграла Дюамеля.

Лекция № 28. Нелинейные цепи.

Лекция № 29. Расчет нелинейных цепей методом эквивалентного генератора.

Лекция № 30. Нелинейные магнитные цепи при постоянных потоках. Основные понятия и законы магнитных цепей.

Лекция № 31. Общая характеристика задач и методов расчета магнитных цепей.

Лекция № 32. Нелинейные цепи переменного тока в стационарных режимах.

Лекция № 33. Графический метод с использованием характеристик по первым гармоникам.

Лекция № 34. Метод кусочно-линейной аппроксимации.

Лекция № 35. Метод эквивалентных синусоид (метод расчета по действующим значениям).

Лекция № 36. Переходные процессы в нелинейных цепях.

Лекция № 37. Графические методы анализа переходных процессов в нелинейных цепях.

Лекция № 38. Цепи с распределенными параметрами.

Лекция № 39. Линия без искажений.

Лекция № 40. Входное сопротивление длинной линии.

Лекция № 41. Сведение расчета переходных процессов в цепях с распределенными параметрами к нулевым начальным условиям.

www.for-stydents.ru

Лекция 1.1. Элементы электрических цепей

1.Предмет и задачи дисциплины. Построение курса. Методика работы над учебным материалом.

Электротехника — область науки и
техники, использующей электрическое и
магнитное явления для практических
целей. История развития этой науки
занимает два столетия. Она началась
после изобретения первого электрохимического
источника электрической энергии в 1799
г. Именно тогда началось изучение свойств
электрического тока, были установлены
основные законы электрических цепей,
электрические и магнитные явления стали
использоваться для практических целей,
были разработаны первые конструкции
электрических машин и приборов. Жизнь
современного человека без использования
электрической энергии немыслима.

Большой вклад в развитие электротехники
внесли русские ученые. Так еще в 1802 г.
Выдающийся русский ученый В.В. Петров
впервые указал на возможность использования
электрической дуги для освещения. Было
разработано большое число конструкций
дуговых ламп освещения. Но наиболее
экономичной оказалась электрическая
свеча П.Н. Яблочкова (1876г). В предложенной
Яблочковым конструкции был впервые
применен для практических целей
трансформатор. Но главная заслуга
изображения в том, что оно повысило
спрос на генераторы переменного тока.

Все возрастающая потребность в
использовании электрической энергии
привело к проблеме ее централизованного
производства, передачи на дальние
расстояния, распределения и экономичного
использования. Решение проблемы привело
к разработке и созданию трехфазных
электрических цепей. Огромная заслуга
в создании элементов таких цепей
принадлежит выдающемуся русскому
ученому М.О. Доливо-Добровольскому. Он
создал трехфазный асинхронный двигатель,
трансформатор, разработал четырехпроводную
и трехпроводную цепи (1891г.).

Сегодня электрическая энергия
используется в технике связи, автоматике,
измерительной технике, навигации. Она
применяется для выполнения механической
работы, нагрева, освещения, используется
в технологических процессах (электролиз),
в медицине, биологии, астрономии, геологии
и др. Столь обширное проникновение
электротехники в жизнь человека привело
к необходимости включить ее в состав
общетехнических дисциплин при подготовке
специалистов всех технических
специальностей. При этом перед студентами
стоят две главные задачи. Первая задача
— ознакомиться и усвоить физическую
сущность электрических и магнитных
явлений. Это позволит понять принципы
работы электромагнитных устройств,
правильно их эксплуатировать.

Однако, современному специалисту
недостаточно знаний одних физических
явлений. Поэтому студенты неэлектрических
специальностей должны получить навыки
в методах расчетов элементарных цепей
и устройств, необходимых для успешного
изучения последующих прикладных курсов.

Дисциплина «Электротехника и
электроника» рассчитана на 80 (88) часов.
Из них 40 часов — лекций, 20 часов —
практических занятий, 20 (28) часов —
лабораторных занятий. Она включает два
раздела «Электротехника» и «Электроника»,
завершается КП, зачетом (экзаменом).
Курс построен так, что каждая из 7 тем
закрепляется практическими и лабораторными
занятиями. Эти виды занятий сопровождаются
текущим контролем, который положен в
основу формирования рейтинга студента.
Поэтому залогом успешного освоения
дисциплины является систематическая
работа над материалом.

Весь теоретический материал имеет
строгое математическое обоснование.
Он востребует знания студентов по
математике ( разделы векторной алгебры,
дифференциального, интегрального,
комплексного исчисления, рядов), а также
по физике (разделы электричества,
магнетизма, молекулярной физики).

studfiles.net