Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электротехника и электроника. Часть 1. Электрические цепи. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра теоретической и общей электротехники

В.Н.Трубникова

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И

ЭЛЕКТРОНИКА

Часть 1.

Электрические цепи

Рекомендовано Ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки 151000.62 Технологические машины и оборудование

Оренбург

2014

УДК 621.3(075.8) ББК 31.2Я73 Т77

Рецензент – доцент, кандидат технических наук А.С.Падеев

Трубникова, В.Н.

Т77 Электротехника и электроника. Ч.1 Электрические цепи: учебное

пособие / В.Н.Трубникова; Оренбургский гос. ун-т – Оренбург: ОГУ, 2014. – 137 с.

ISBN

Учебное пособие содержит 3 раздела курса «Электротехника и электроника», рассматривающие электрические цепи постоянного, переменного однофазного тока и трехфазные цепи. Для каждого раздела приведены контрольные вопросы и тестовые задания для самоконтроля.

Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями ФГОС высшего профессионального образования, предназначено для студентов неэлектротехнических специальностей учебных заведений, изучающих дисциплины «Электротехника», «Электротехника и электроника», «Электротехника и промышленная электроника».

УДК 621.3(075.8)

ББК 31.2Я73

ISBN

Содержание

Введение…………………………………..………………………….………….

1 Основные определения, топологические параметры

электрических цепей …….………………………………………………….

1.1 Теория электромагнитного поля ……………………………………….

1.2 Электрическая цепь и её основные элементы………………………….

1.3 Контрольные вопросы и задания для самоконтроля ………………….

2 Электрические цепи однофазного синусоидального тока…………………

2.1 Общие сведения………………………………………………………….

2.2 Векторное представление гармонического колебания…………...........

2.3 Символическое представление гармонического колебания….……….

2.4 Действующее и среднее значения гармонического колебания……….

2.5 Комплексные сопротивления и проводимости

элементов цепи гармоническому току………………….………………

2.6 Энергетические процессы в цепях переменного

синусоидального тока…………………………………………………….

2.7 Цепи с индуктивно связанными элементами…………………………..

2.8 Анализ линейных электрических цепей

при гармоническом воздействии………………………………………..

2.9 Резонансные явления в электрических цепях…………………………..

2.10 Основные понятия о четырехполюсниках…………………………….

2.11 Вопросы и задания для самоконтроля…………………………………

3 Трехфазные цепи……………………………………………………………..

3.1 Получение трехфазной симметричной системы ЭДС…………………

3.2 Анализ трехфазных цепей……………………………………………….

3.3 Мощность трехфазной цепи…………………………………………….

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

3.5 Защитное заземление и зануление трехфазной сети…………………..

3.6 Контрольные вопросы и задания для самоконтроля…………………..

106

110

116

122

124

127

130

Список использованных источников…………………………………………..

137

Введение

Электротехника и электроника – наука о практическом применении явле-

ний электромагнитного поля при анализе процессов в электротехнических и

электронных устройствах, как любая общепрофессиональная дисциплина, опе-

рирует набором понятий, связанных специфическими ограничениями и законо-

мерностями. Для качественного описания электромагнитных процессов, анали-

за и контроля используются электрические и магнитные величины и их едини-

цы. Термины и определения основных понятий в области электротехники уста-

новлены ГОСТ Р52002-2003 «Электротехника. Термины и определения основ-

ных понятий». - М.: Госстандарт России, 2003 г., которые являются обязатель-

ными для применения во всех видах документации и литературы по электро-

технике. Процесс обучения и овладения методами анализа и синтеза электро-

технических и электронных устройств сводится к свободному оперированию

терминами, обозначениями и закономерностями дисциплины, использованию

программных средств для реализации этих методов.

Целью изучения дисциплины «Электротехника и электроника» является

теоретическая и практическая подготовка инженеров неэлектротехнических

направлений в области электротехники: электромагнитные явления и их при-

кладное применение для получения, передачи, распределения и применения

электрической энергии; основные виды электромеханических и электротехни-

ческих устройств; и электроники: электрические явления для передачи и обра-

ботки информации.

Основными задачами изучения дисциплины «Электротехника и электро-

ника» являются: формирование у студентов необходимых знаний основных

электротехнических законов и методов анализа электрических, магнитных и

электронных цепей; принципов действия и областей применения основных

электротехнических устройств и электроизмерительных приборов; основ элек-

тробезопасности; умения экспериментальным способом и на основе паспорт-

ных и каталожных данных определять параметры и характеристики типовых

электротехнических устройств; использовать современные программные моде-

лирующие средства с виртуальными приборами, элементами электрических и

электронных цепей для анализа состояния и управления электротехническими

элементами, устройствами и системами.

1 Основные определения и законы электрических цепей

1.1 Теория электромагнитного поля

Электромагнитное поле – особый вид материи, определяющийся во

всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его

стороны, называемые соответственно «электрическое поле» и «магнитное по-

ле», оказывающей силовое воздействие на заряженные частицы, зависящие от

их скорости и величины их заряда. Чисто электрическое и чисто магнитное по-

ля являются лишь частными случаями электромагнитного поля.

Всякая заряженная частица окружена электромагнитным полем, состав-

ляющим с ним единое целое. В то же время, электромагнитное поле может су-

ществовать независимо от заряженных частиц, то есть может быть свободным.

Подтверждением этому являются электромагнитные волны, которые распро-

страняются в пространстве (радиоволны).

Из курса физики известно, что любое вещество состоит из элементарных

заряженных частиц, окруженных электромагнитным полем. В заряженном теле

элементарные заряды движутся хаотически. Обычным состоянием окружаю-

щих нас тел является состояние электрически нейтральное. Это объясняется ра-

венством общего положительного заряда ядер атомов общему отрицательному

заряду электронов. Тело может получить электрический заряд в результате ка-

кого-либо процесса, который приведёт к неравенству в объёме тела положи-

тельного и отрицательного зарядов.

Все процессы, происходящие в электромагнитном поле, являются про-

цессами распространения электромагнитного поля или взаимодействия зарядов

полей. Поэтому изучение теории электромагнитного поля имеет большое прак-

тическое значение.

Электромагнитное поле, возникающее в пространстве вокруг непод-

вижного заряженного тела, механически воздействующее на другие заряжен-

ные тела, называют электрическим поле (ЭП). Основными характеристиками

ЭП являются:

– напряженность Е;

q2q0F



– электрическое смещение D.

Напряженность ЭП Е характеризует интенсивность поля в любой его

точке и равно отношению механической силы f, действующей на неподвиж-

ное положительно заряженное тело, находящееся в данной точке поля, к вели-

чине заряда этого тела:

E  .

Напряженность ЭП величина векторная, направление которой совпадает с

направлением силы и является касательной к силовым линиям в любой точке

поля (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1

Движение зарядов в проводнике совершается под действием сил электри-

ческого поля. При перемещении заряда

рого пути l, действующие на него силы, совершают работу по преодолению

сопротивления проводника, численно равную произведению силы на длину пу-

ти, или произведению напряженности ЭП на величину заряда и длину пути:

В неоднородном ЭП эта работа будет равна произведению заряда на ли-

нейный интеграл напряженности поля вдоль пути:

q в электрическом поле вдоль некото-

lqElFA 





dlEqA

Электрическое напряжение U – скалярная величина, равная линейному



интегралу напряженности электрического поля вдоль рассматриваемого пути.

Электрическое напряжение представляет собой отношение работы к величине

заряда

q или линейного интеграла напряженности ЭП вдоль этого пути (для

электрического поля постоянного тока):

dlEq







 





,dlE

(1.1)

Говоря об электрическом напряжении вдоль некоторого участка пути,

часто употребляю термин падение электрического напряжения вдоль этого

пути.

Любая точка ЭП может быть охарактеризована также работой, которую

необходимо затратить против сил поля для переноса заряда в эту точку из точ-

ки, где поле практически отсутствует. Эта работа будет равна потенциальной

энергии, которую получит заряд, перенесенный в данную точку поля. Величина

потенциальной энергии зависит только от положения точки и не зависит от пу-

ти перемещения заряда. Таким образом, любую точку ЭП можно охарактеризо-

вать скалярной величиной, называемой электрическим потенциалом:







, [В].

dlE

(1.2)

Однако в большинстве случаев практическое значение имеет ни потен-

циал какой-либо точки, а разность потенциалов, которая не зависит от выбора

нуля. Разность электрических потенциалов двух точек ЭП численно равна ра-

боте поля при перемещении заряда из одной точки в другую:



UdlEdlEdlE 



(1.3)

где

– потенциалы однородного электрического поля в поперечных сече-

ниях a и b участка проводника.

Электрическим током проводимости называется явление направленно-

dtdqt



го движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в пус-

тоте, количественно характеризуемое скалярной величиной, равной производ-

ной по времени от электрического заряда, переносимого свободными носите-

лями заряда сквозь рассматриваемую поверхность:

[A]

пров

limi









(1.4)

В общем случае мгновенное значение i тока в произвольный момент

времени t является функцией времени. В частном случае, если зависимость

(1.4) является линейной функцией, то скорость изменения тока во времени –

величина постоянная. Таким образом, ток может быть переменным и постоян-

ным.

Под свободными носителями заряда понимают: в проводниках первого

рода (металлах) - свободные электроны, а в проводниках второго рода (рас-

плавленные соли, растворы кислот, щелочей) - ионы. Согласно электронной

теории электропроводности в металлическом проводнике свободные электроны

хаотически движутся в пространстве решетки между атомами, сталкиваясь с

ними. Под действием электрического поля, создаваемого в проводнике, сво-

бодные электроны приобретают добавочную скорость (дрейфовую скорость) и

дополнительно перемещаются в одном направлении вдоль проводника. Ско-

рость поступательного движения (дрейфа) свободных электронов мала, однако,

скорость распространения электрической энергии велика: при замыкании элек-

трической цепи все электроны, содержащиеся в ней, почти одновременно при-

ходят в движение. В линиях электропередач скорость распространения ЭЭ

практически равна скорости света. Направление движения положительных и

отрицательных зарядов противоположно, поэтому условились считать направ-

лением тока – направление положительных зарядов, т.е. направление, обрат-

ное направлению движения электронов в проводнике.

Электрический ток переноса - электрический ток, осуществляемый пе-













реносом электрических зарядов телами, количественно характеризуемый ска-

лярной величиной, равной производной по времени от электрического заряда,

перенесенного телами сквозь рассматриваемую поверхность:

[A]



(1.5)

перен

limi







Электрический ток смещения – совокупность электрического тока

смещения в пустоте и электрического тока поляризации диэлектрика, количест-

венно характеризуемая скалярной величиной, равной производной по времени

от потока электрического смещения D сквозь рассматриваемую поверхность

[A]



смещ

limi







Электрический ток поляризации – явление движения связанных заря-

женных частиц в диэлектрике при изменении его поляризации.

Полный электрический ток - скалярная величина, равная сумме тока

проводимости, тока переноса и тока смещения сквозь рассматриваемую по-

верхность.

Принцип непрерывности (замкнутости) электрического тока гласит,

что полный электрический ток сквозь взятую в какой угодно среде замкнутую

поверхность S равен нулю, т.е.:

0

Sdji ,



где j – вектор плотности полного тока (смещения, проводимости, переноса).

В процессе преобразования какой-либо энергии в энергию электрическую

происходит перемещение свободных носителей заряда от вывода с низшим по-

тенциалом к выводу с высшим потенциалом. Это перемещение совершается

под воздействием электродвижущей силы (ЭДС).

1 / 141 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]