- •Министерство образования Республики Беларусь
- •Введение
- •1 Электрические цепи постоянного тока
- •1.1 Основные понятия об электрической цепи
- •1.2 Основные законы электрических цепей
- •1.3 Расчет простых цепей постоянного тока
- •1.4 Расчет сложных цепей постоянного тока
- •1.4.1 Методика расчета сложной цепи с помощью непосредственного применения законов Кирхгофа
- •6 Решаем любым способом полученную систему относительно токов ветвей и определяем их.
- •1.4.2 Методика расчета цепи методом контурных токов
- •1.4.3 Метод межузлового напряжения
- •Пример 1.4. Расчёт сложной цепи методом межузлового напряжения
- •Рассчитываем проводимости всех ветвей:
- •Для определения межузлового напряжения используем выражение (1.20)
- •Потенциальная диаграмма
- •Контрольные вопросы
- •2 Электрические цепи переменного тока
- •2.1 Основные понятия об однофазном переменном токе
- •Полное сопротивление цепи переменного тока при последовательном соединении r, l и c
- •Полная мощность цепи переменного тока
- •2.2 Расчёт цепейпеременного тока
- •2.2.1 Применение комплексных чисел для расчета цепей переменного тока
- •Комплексным числом называют выражение вида
- •Аргумент этого числа
- •Вещественная часть
- •Для определения полной мощности на участке или во всей цепи используется выражение вида
- •Пример 2.1. Расчёт разветвлённой цепи переменного тока
- •Изображение напряжения на входе цепи в комплексной форме записи
- •Токи в ветвях после разветвления:
- •Падение напряжения на катушке
- •Суммарная реактивная мощность всех потребителей
- •2.3 Особенности трехфазных цепей
- •В комплексной форме записи выражения для фазных напряжений имеют вид:
- •2.3.1 Расчёт трёхфазных цепей
- •Трёхфазная активная мощность
- •Трёхфазная реактивная мощность
- •Трёхфазная полная мощность
- •Пример 2.2. Расчет трехфазной цепи при соединении потребителей звездой
- •Активная трехфазная мощность
- •Реактивная трехфазная мощность
- •Полная мощность
- •Пример 2.3. Расчёт трёхфазной цепи при соединении потребителей треугольником
- •3 Нелинейные электрические цепи
- •3.1 Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •3.1.1 Классификация нелинейных элементов
- •3.1.2 Методы расчета нелинейных цепей постоянного тока
- •Графический метод расчета неразветвлённой цепи с нелинейными элементами
- •Графический метод расчёта цепи с параллельным соединением нелинейных элементов
- •Графический метод расчета цепи со смешанным соединением нелинейных элементов
- •3.2 Нелинейные элементы электрической цепи переменного тока
- •Контрольные вопросы
- •4 Магнитные цепи
- •4.1 Основные понятия о магнитных цепях
- •4.2 Определение магнитодвижущей силы цепи
- •Эквивалентная расчётная схема заданной магнитной цепи изображена на рисунке 4.1.
- •Mагнитодвижущая сила f катушки
- •Величина электромагнитной силы fэм, действующей на проводник с током в воздушном зазоре,
- •4.3 Определение магнитной индукции в заданном сечении
- •Контрольные вопросы
- •5 Трансформаторы
- •5.1 Основные понятия о трансформаторах
- •5.2 Приведенный трансформатор и его схема замещения
- •5.3 Режимы работы трансформатора
- •Пример 3.1. Расчёт параметров трёхфазного трансформатора
- •Решение. Так как первичная обмотка соединена звездой, то фазное напряжение первичной обмотки
- •Линейный номинальный ток первичной обмотки
- •Активное сопротивление короткого замыкания
- •Контрольные вопросы
- •6 Асинхронные двигатели
- •6.1 Принцип действия асинхронного двигателя
- •6.2 Асинхронная машина при неподвижном роторе
- •6.3 Работа асинхронной машины при вращающемся роторе
- •6.4 Вращающий момент асинхронного двигателя
- •Пример 6.1. Расчёт параметров асинхронного трёхфазного двигателя с короткозамкнутым ротором
- •Контрольные вопросы
- •7 Выпрямители переменного тока
- •7.1 Основные понятия о выпрямителях
- •7.2 Однофазная схема выпрямления с нулевой точкой
- •Выпрямления с нулевой точкой
- •7.3 Однофазная мостовая схема выпрямления
- •7.4 Трехфазная схема выпрямления с нулевой точкой
- •Среднее значение тока диода
- •Из разложения в ряд Фурье напряжения на нагрузке следует, что амплитуда основной (третьей) гармоники
- •7.5 Трехфазная мостовая схема выпрямления
- •Среднее значение выпрямленного напряжения
- •Среднее значение тока диода
- •Действующее значение тока вторичной обмотки вентильного трансформатора, соединённой звездой,
- •Из выражения для напряжения на нагрузке следует, что амплитуда основной (шестой) гармоники
- •Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения
- •Типовая мощность трансформатора
- •7.6 Фильтрация выпрямленного напряжения
- •Индуктивность дросселя в г-образной схеме фильтра можно определить из приближённого выражения
- •Контрольные вопросы
- •8 Задания на выполнение контрольных работ
- •8.1 Контрольная работа № 1 Задача № 1. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока с одним источником электрической энергии
- •Задача № 2. Расчет сложной цепи постоянного тока с двумя узлами
- •Задача № 3. Расчет разветвленной линейной цепи постоянного тока с несколькими источниками электрической энергии
- •8.2 Контрольная работа № 2 Задача № 1. Расчёт неразветвлённой цепи однофазного синусоидального тока
- •Задача № 2. Расчёт разветвлённой цепи однофазного синусоидального тока
- •Задача № 3. Расчёт трёхфазной цепи
- •8.3 Контрольная работа № 3 Задача № 1. Расчёт параметров трансформатора
- •Задача № 2. Расчёт параметров трёхфазного асинхронного двигателя
- •Перечень пунктов задания, необходимых для формирования условия задачи:
- •8.4 Контрольная работа № 4
- •9 Основное содержание дисциплины «Электротехника и основы электроники»
- •9.1 Общие сведения о курсе и методические указания
- •По самостоятельной работе над ним
- •9.2 Контрольные вопросы для подготовки к сдаче теоретического курса
- •9.2.1 Вопросы к зачёту по дисциплине «Электротехника и основы электроники»
- •9.2.2 Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Электротехника и основы электроники»
- •Приложение a
- •Справочные таблицы
- •Список литературы
3.2 Нелинейные элементы электрической цепи переменного тока
Нелинейные сопротивления для переменного тока можно подразделить на три группы: активные, индуктивные и ёмкостные. Каждая из этих групп, в свою очередь, делится на управляемые и неуправляемые.
Управляемые нелинейные сопротивления обычно имеют один или несколько управляющих электродов или управляющих обмоток, включаемых в управляющую цепь или цепи, воздействуя на ток или напряжение которых, можно управлять величиной сопротивления в главной цепи.
Наиболее широкое распространение в качестве управляемых нелинейных активных сопротивлений получили полупроводниковые триоды (транзисторы) и тиристоры.
Неуправляемыми нелинейными активными сопротивлениями являются полупроводниковые диоды, термисторы и другие элементы.
К нелинейным элементам в цепях переменного тока также относятся: индуктивные катушки с ферромагнитными сердечниками, работающие в условиях магнитного насыщения; электронные приборы; конденсаторы с сегнетодиэлектриками, у которых диэлектрическая проницаемость зависит от величины приложенного напряжения.
Вышеотмеченные нелинейные элементы используются в устройствах, предназначенных для преобразования переменного тока в постоянный, постоянного в переменный , стабилизации напряжения и тока, усиления мощности электрических сигналов, деления и умножения частоты и т. д.
Под нелинейной индуктивностью понимают катушку индуктивности, намотанную на замкнутый сердечник из ферромагнитного материала (например, электротехническая сталь), для которого зависимость магнитного потока в сердечнике от протекающего по обмотке тока нелинейная. Индуктивное сопротивление такой катушки перемененному току непостоянно; оно зависит от величины переменного тока.
Катушку индуктивности со стальным сердечником в литературе называют иногда дросселем со стальным сердечником.
Обозначение её на принципиальной схеме имеет вид .
В обычных конденсаторах обкладки разделены веществом, диэлектрическая проницаемость которого не является функцией напряжённости электрического поля, поэтому ёмкость таких конденсаторов не зависит от напряжения.
У нелинейных конденсаторов ёмкость С зависит от напряжения U, на электрических принципиальных схемах они имеют обозначение, называются они ещё варикондами.
Контрольные вопросы
1 В чем различие между линейным и нелинейным элементами?
2 Какая электрическая цепь является нелинейной?
3 Статическое сопротивление нелинейного элемента и методика определения его величины из ВАХ.
4 Дифференциальное сопротивление нелинейного элемента и методика определения его величины из ВАХ.
5 Почему затруднено использование законов Ома и Кирхгофа для расчета нелинейной цепи?
6 Какие существуют методы расчета нелинейной цепи?
7 Область применения нелинейных элементов.
8 Как определяется эквивалентная ВАХ нелинейных резисторов, включенных последовательно?
9 Методика определения эквивалентной ВАХ нелинейных элементов, включенных параллельно.
10 Приведите примеры нелинейных элементов и их графических изображений на принципиальных схемах.
11 Особенности нелинейных элементов в цепи переменного тока.
12 Как рассчитывается нелинейная электрическая цепь, содержащая последовательно соединенные элементы?
13 Методика определения токов в нелинейной электрической цепи при параллельном соединении элементов.