Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические основы электротехники. Применение программы «Electronics Workbench» при расчете линейных электрических цепей постоянного тока. Учебное п
.pdf
С.Е. Меньшенин
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММЫ
«ELECTRONICS WORKBENCH»
ПРИ РАСЧЕТЕ ЛИНЕЙНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Учебное пособие
2-е издание
Москва
Ай Пи Ар Медиа
2024
УДК 621.3
ББК 31.2
М51
Автор:
Меньшенин С.Е. — канд. техн. наук, доц. кафедры
судовых энергетических установок и математики
и кафедры естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин
Института водного транспорта им. Г.Я. Седова —
филиала Государственного морского университета им. адмирала Ф.Ф. Ушакова
Меньшенин, Сергей Евгеньевич.
М51 Теоретические основы электротехники. Применение программы «Electronics
Workbench» при расчете линейных электрических цепей постоянного тока :
учебное пособие / С.Е. Меньшенин. — 2-е изд. — Москва : Ай Пи Ар Медиа,
2024. — 60 с. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-3408-2
В учебном пособии рассматриваются вопросы моделирования линейных элек-
трических цепей постоянного тока. Приведены основные методики расчета цепей постоянного тока с использованием программы «Electronics Workbench», позволяющей
освоить принципы проектирования и методы расчета электрических цепей постоянного тока и наилучшим образом решать поставленные задачи. Даны подробные методические указания по выполнению работы, примеры расчета различных электрических цепей, теоретические выкладки, задания и контрольные вопросы. Издание будет
полезно при выполнении курсовых, лабораторных и практических работ студентами
различных специальностей, изучающих дисциплины «Теоретические основы электротехники» и «Общая электротехника и электроника».
Подготовлено в соответствии с Федеральным государственным образователь-
ным стандартом высшего образования.
Предназначено для студентов специальности «Эксплуатация судовых энерге-
тических установок» и направления подготовки «Технология транспортных процессов», а также будет полезно студентам других общетехнических специальностей.
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4497-3408-2 © Меньшенин С.Е., 2020
© ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2024
Учебное издание
Меньшенин Сергей Евгеньевич
Редактор А.Д. Матлахова
Технический редактор, компьютерная верстка М.В. Половникова
Корректор А.В. Мисенжников
Обложка С.С. Сизиумовой
Подписано к использованию 30.07.2024. Объем данных 7 Мб.
ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»
8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)
E-mail: sales@iprmedia.ru
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................ 5
РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
ПОСТОЯННОГО ТОКА ........................................................................................... 7
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ............................. 40
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ........................................................ 58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................................... 60
4
ВВЕДЕНИЕ
Цели преподавания дисциплины «Теоретические основы электротехни-
ки» состоят в обеспечении такой подготовки слушателей, при которой они будут располагать системой знаний, умений и навыков в актуальных для них областях электротехники и основ электроники.
Целями освоения данной дисциплины являются:
- изучение законов электротехники, лежащих в основе работы энергети-
ческих установок, и вопросы их практического применения;
- обеспечение слушателей необходимым уровнем знаний для усвоения
специальных дисциплин и решения практических задач, связанных с будущей
профессиональной деятельностью.
Задачи освоения дисциплины: получение базовых знаний по электрическим цепям постоянного и переменного тока, электрическим и магнитным полям, трехфазным и нелинейным электрическим цепям переменного тока, электрическим измерениям и основам электроники.
В результате изучения данного пособия слушатели получат пред-
ставление:
- о принципах проектирования и методах расчета электрических цепей
постоянного тока;
- о принципе действия электроустановок, электроприборов постоянного
тока, гальванических линий, приборов освещения и т. п.;
- о схемах включения приборов при измерении различных электрических
величин;
- о классификации, маркировке и применении компонентов элек-
тронных схем.
Студенты получат знания:
- о назначении, составе и основных видах электроустановок;
- об основных разделах электротехники и электроники, электрических
измерениях и приборах.
Студенты получат умения:
- излагать, систематизировать базовую общепрофессиональную инфор-
мацию;
- соблюдать действующие правила, нормы и стандарты;
- использовать контрольно-измерительную аппаратуру;
5
6
- производить измерения электрических величин, включать электротех-
нические приборы, аппараты, машины, управлять ими, контролировать их эффективную и безопасную работу;
- обеспечивать контроль рабочих параметров.
Студенты овладеют навыками:
- выбора измерительного и испытательного оборудования при эксплуата-
ции электрооборудования;
- использования современных информационных технологий, управления
информацией с использованием прикладных программ в своей предметной области;
- использования контрольно-измерительной аппаратуры;
- производства измерений электрических величин, включения электро-
технических приборов, управления ими, контроля их эффективной и безопасной работы.
7
РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электрическая цепь состоит из трех основных элементов: источника, потребителя (приемника) и проводников.
В источнике электрической энергии механическая, тепловая или другие
виды энергии преобразуются в электрическую энергию. В потребителях происходит преобразование электрической энергии в световую, тепловую или другие
виды энергии. Проводники осуществляют электрическую связь потребителей
с источником. Кроме основных, в электрической цепи могут быть вспомогательные элементы: предохранители, выключатели, электроизмерительные приборы и др.
В схемах электрических цепей можно выделить характерные элементы:
ветвь, узел контур.
Ветвью электрической цепи называется ее участок, на всем протяжении
которого величина тока имеет одинаковое значение.
Узлом электрической цепи (узловой точкой) называется место соедине-
ния ветвей. В узловой точке сходятся минимум три ветви (проводника).
Контуром электрической цепи называют замкнутый путь, в который мо-
гут входить несколько ветвей.
Ветви, содержащие источник электрической энергии, называются актив-
ными, а ветви, не содержащие источников, называются пассивными.
Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные
обозначения ее элементов, называется схемой электрической цепи. В элек-
трической цепи различают два участка: внутренний и внешний. Источник является внутренним участком электрической цепи. Все остальные элементы относятся к внешнему участку электрической цепи.
Источник электрической энергии осуществляет направленное перемещение электрических зарядов по всей замкнутой цепи. Энергия — W
ИСТ
, которую
затрачивает или может затратить источник на перемещение единицы положительного заряда — g по всей замкнутой цепи, характеризует электродвижу-
щую силу источника ЭДС, т. е.
g
W
Е =
.
8
Энергия, затраченная на перемещение единицы положительного заряда
на каком-либо участке замкнутой цепи, характеризует напряжение или паде-
ния напряжения — UAB на этом участке (внутреннем или внешнем):
Для замкнутой электрической цепи условие равновесия напряжений
(ЭДС) может быть представлено в следующем виде:
Таким образом, ЭДС источника Е можно рассматривать как сумму падений напряжения на внутреннем — UО и на внешнем — U участках замкнутой цепи.
Электрический ток проводимости — это явление упорядоченного
(направленного) перемещения заряженных частиц в проводнике под действием
электрического поля.
Электрическим током переноса называют явление переноса электриче-
ских зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном
пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах.
Электрическим током смещения (током поляризации) будем называть
упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот
вид тока можно наблюдать в диэлектриках.
Явление направленного движения носителей заряда, сопровождаемое
магнитным полем, называют полным электрическим током.
Способность вещества проводить электрический ток характеризует элек-
тропроводность этого вещества. Электрический ток может существовать толь-
ко в замкнутой электрической цепи.
Интенсивность направленного перемещения зарядов характеризует вели-
чину тока (ток — I). Величина тока измеряется количеством электричества — Q, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу
времени — t, т. е.
9
t
Q
I =
.
Принято направление тока в замкнутой электрической цепи от положительной клеммы источника к его отрицательной клемме по внешней цепи, противоположное движению электронов. Величина тока на всех участках неразветвленной электрической цепи имеет одинаковое значение.
Отношение величины тока в проводнике — I к площади поперечного сечения — S этого проводника характеризует плотность тока — j в этом
проводнике:
S
I
j =
.
Плотность тока определяет способность проводника определенного сечения выдерживать ту или иную токовую нагрузку. Плотность тока в проводнике
пропорциональна напряженности однородного электрического поля, силы которого направленно перемещают заряды в этом проводнике, т. е.
Ej =
,
где — коэффициент пропорциональности, характеризующий способность
данного проводника проводить электрический ток, называется удельной про-
водимостью данного проводника.
По закону Ома ток I на данном участке электрической цепи прямо пропорционален напряжению U, приложенному к данному участку, и обратно пропорционален сопротивлению данного участка R, т. е.:
R
U
I =
.
Электрическое сопротивление проводника — R представляет собой
противодействие, которое атомы и молекулы проводника оказывают направленному перемещению зарядов в нем при столкновении; оно зависит от длины
проводника — , площади поперечного сечения — S и материала проводника:
10
Удельное сопротивление проводника —
=
характеризует свойства
материала проводника и представляет собой сопротивление проводника из данного материала длиной м, площадью поперечного сечения 1 мм2 при темпе-
ратуре +20 °С.
Величину, обратную сопротивлению R, называют проводимостью — g:
R
1
g =
.
Элементы электрической цепи, характеризующиеся сопротивлением R,
называют резисторными, а промышленные изделия, предназначенные для выполнения роли сопротивления электрическому току, называют резисторами.
Сопротивление любого проводника зависит от температуры и определяется по
следующей зависимости:
где R2 — сопротивление проводника при конечной температуре t
0
2
;
R1 — сопротивление проводника при начальной температуре t
0
1
;
— температурный коэффициент сопротивления, определяющий относи-
тельное изменение сопротивления из данного материала при изменении температуры на 1 градус.
Рис. 1. Замкнутая электрическая цепь
Для замкнутой электрической цепи (рис. 1) ЭДС источника можно определить следующим выражением:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]