Основы научно-теоретических знаний по модулю
Для достижения цели модуля студент должен изучить следующие вопросы:
1 Электрическая цепь. Элементы электрических цепей, их свойства. Классификация электрических цепей. Понятия ветви, узла, контура.
2 Ток, напряжение, ЭДС, их условно положительные направления.
3 Электрическая энергия и мощность.
4 Источники электрической энергии, их схемы замещения.
5 Основные законы электрических цепей — закон Ома, законы Кирхгофа, закон Джоуля–Ленца.
6 Энергетический баланс в электрической цепи.
7 Последовательное, параллельное, смешанное соединения элементов, эквивалентное сопротивление.
8 Расчет простых цепей постоянного тока методом эквивалентных преобразований.
9 Основные величины, характеризующие синусоидальный ток, напряжение, ЭДС.
10 Принципиальное устройство однофазного генератора синусоидальной ЭДС.
11 Действующее и среднее значения синусоидального тока, напряжения, ЭДС.
12 Изображение синусоидально изменяющегося тока, напряжения, ЭДС вращающимися векторами на комплексной плоскости. Векторная диаграмма.
13 Пассивные элементы электрической цепи переменного тока.
14 Цепь переменного тока с активным сопротивлением R.
15 Цепь переменного тока с индуктивным элементом L.
16 Цепь переменного тока с емкостным элементом С.
17 Цепь переменного тока с последовательным соединением элементов R, L, С. Закон Ома.
18 Комплексное сопротивление, треугольник сопротивлений. Комплексная проводимость, треугольник проводимостей.
19 Законы Кирхгофа для цепей переменного тока в дифференциальной и комплексной формах.
20 Мгновенная мощность и колебание энергии в цепи синусоидального тока.
21 Активная, реактивная, полная мощности. Коэффициент мощности, баланс мощностей.
22 Топографическая диаграмма.
Материалы, используемые в процессе обучения Материалы к лекциям
Теоретический материал по модулю 1 «Основные понятия и законы электрических цепей» изложены здесь и в литературе [1; 3; 5].
План лекции 1:
1 Электрическая цепь. Элементы электрических цепей.
2 Электрическая схема и схемы замещения источников энергии.
3 Ток, напряжение, ЭДС, мощность, энергия.
План лекции 2:
1 Закон Ома для цепи, для участка цепи.
2 Законы Кирхгофа.
3 Схемы замещения источников энергии.
4 Расчет простых цепей методом эквивалентных преобразований.
5 Закон Джоуля–Ленца. Энергетический баланс в электрической цепи.
План лекции 3:
1 Общие сведения о цепях переменного тока.
2 Величины, характеризующие синусоидальный ток. Генерирование синусоидальной ЭДС.
3 Среднее и действующее значения синусоидального тока, напряжения, ЭДС.
4 Изображение синусоидально изменяющихся величин векторами и комплексными числами. Векторные диаграммы.
5 Синусоидальный ток в активном, индуктивном и емкостном элементах.
План лекции 4:
1 Цепь синусоидального тока с последовательным соединением элементов R, L, С.
2 Закон Ома, законы Кирхгофа для цепей синусоидального тока.
План лекции 5:
1 Мгновенная мощность и колебания энергии в цепи синусоидального тока.
2 Активная, реактивная, полная мощности. Баланс мощностей.
3 Условие передачи максимальной активной мощности от источника к приемнику.
Вопросы для самоконтроля по цепям постоянного тока
1 Что понимают под электрической цепью? Из каких элементов состоит электрическая цепь?
2 Чем отличается схема замещения от схемы электрической цепи?
3 Сформулируйте понятия ветви, узла, контура в схеме электрический цепи.
4 Что понимают под током, напряжением, ЭДС, мощностью, энергией?
5 Сформулируйте закон Ома.
6 Сформулируйте законы Кирхгофа и правило знаков при записи уравнений.
7 Что понимают под балансом мощностей и как его составляют?
8 Доказать эквивалентность источников ЭДС и источников тока по отношению к внешней цепи.
Вопросы для самоконтроля по цепям синусоидального тока
1-й уровень
1 Какие основные величины характеризуют синусоидально изменяющуюся величину?
2 Записать комплекс действующего значения синусоидального тока в показательной и алгебраической формах, если мгновенное значение тока i = 141sin(ωt – 30°) A.
3 Что понимают под действующим и средним значениями синусоидального тока?
4 Понятие векторной диаграммы. На основании чего и как ее строят?
5 Сформулировать и записать закон Ома, законы Кирхгофа.
6 Как определить сдвиг по фазе между током и напряжением?
7 Записать формулы активной, реактивной, полной мощности.
2-й уровень
1 Вывести зависимость между действующим, средним и амплитудным значениями.
2 На входе цепи комплексные напряжение и ток: u = –100 + j100 В, I = 6 + j8 А. Определить угол сдвига фаз на входе цепи.
3 Вывести зависимость мгновенной мощности от времени и провести ее анализ.
3-й уровень
1 Как изменятся активная мощность цепи, напряжения UR, UC (рисунок 1.1), если частота напряжения источника увеличится?
Рисунок 1.1