- •Определение, назначение и область применения электротехники. Нетрадиционные источники энергии.
- •Цепи постоянного тока. Обозначение источников энергии, приемников. Закон Ома для электрической цепи.
- •Последовательное соединение сопротивлений. Схема выражения для токов и напряжений. Баланс мощности.
- •Параллельное соединение сопротивлений. Схема выражения для токов и проводимостей. Схема.
- •Расчет сложной электрической цепи с помощью метода контурных токов. Пример расчета.
- •Расчет электрической цепи методом наложения. Дать расчет простейшей цепи.
- •Преобразование электрических схем с треугольника в звезду и наоборот.
- •Активные и реактивные элементы в цепи переменного тока. Емкостное, индуктивное и полное сопротивления. Коэффициент мощности, треугольник сопротивлений. Активная, реактивная и полная мощности.
- •Повышение коэффициента мощности цепи. Схема, векторная диаграмма. Выражение тока цепи при неизменной активной мощности приемника.
- •Резонанс токов. Условия получения резонанса. Общая проводимость, коэффициент мощности, величина тока и мощности при резонансе токов. Область применения резонансов.
- •Проводимости цепи переменного тока. Треугольник проводимостей. Коэффициент мощности. Выражение проводимости через сопротивление цепи. Определение знака угла через род проводимости.
- •Электрические измерения. Эталоны, образцовые меры, единицы измерения. Классификация электроизмерительных приборов. Основные знаки на шкале прибора.
- •Погрешности и классы точности приборов. Приведенная погрешность. Дополнительные погрешности приборов.
- •Шунты и добавочные сопротивления для расширения пределов измерений токов и напряжений. Схема. Основные соотношения для сопротивлений и .
- •Трехфазные электрические цепи. Принцип получения трехфазного тока. Соединение фазовых обмоток генератора звездой. Векторная диаграмма эдс.
- •Соединение звездой с нулевым проводом. Электрическая схема. Определение фазных и линейных токов и напряжений, основные математические соотношения между ними. Топографическая диаграмма.
- •Определение мощностей в трехфазных цепях при соединении звездой и треугольником. Схемы включения и основные соотношения.
- •Трансформатор. Принципиальная схема передачи электрической энергии к потребителю. Как зависит расход меди, стоимость и сложность монтажа от величины передаваемого тока по проводам.
- •Устройство и принцип действия трансформатора. Мгновенные значения эдс первичной и вторичной обмоток. Коэффициент трансформации.
- •Опыты холостого хода. 1-е уравнение электрического равновесия трансформатора, составленное на основании электрической схемы.
- •Электрическая схема трансформатора при нагрузке. 2-е уравнение электрического равновесия трансформатора.
- •Измерение напряжений на вторичной обмотке трансформатора при нагрузке. Коэффициент загрузки и внешняя характеристика трансформатора.
- •Кпд трансформатора. Магнитные потери в стали и потери в обмотках трансформатора. Зависимость кпд от коэффициента загрузки.
- •Выпрямители. Структурная схема неуправляемого выпрямительного устройства. Однополупериодный выпрямитель.
- •Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора. Электрическая схема и временные диаграммы и .
- •Сглаживающие фильтры. Емкостной и индуктивный фильтры. Электрические схемы включения и временные диаграммы напряжений и токов на нагрузке от времени.
- •Структурная схема и временные диаграммы и от времени t. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с оэ.
- •Температурная стабилизация транзисторов. Режимы работы усилительных каскадов. Показать рабочие точки на переходной и выходной характеристиках транзистора.
- •Асинхронные машины. Двигатели с фазным и короткозамкнутым ротором. Устройство и принцип работы. Получение магнитного поля вращающегося с синхронной скоростью .
- •Скорость вращения ротора асинхронного двигателя, скольжение при пуске и холостом ходе. Частота тока в роторе.
- •Электрическая схема цепи статора в асинхронном двигателе. Уравнение по 2-ому закону Кирхгофа для этой схемы.
- •Ток в роторе асинхронного двигателя в зависимости от скольжения s. Выражение для пускового тока и график изменения тока в цепи ротора.
- •Вращающий момент асинхронного двигателя. Основная формула. Характеристика асинхронного двигателя или . Критический момент и критическое скольжение .
- •Принцип действия и устройство машин постоянного тока. Структурная схема и выражение для эдс якоря.
- •Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением. Внешняя характеристика и регулировочная характеристика.
- •Двигатели постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения. Электрическая схема. Механическая и скоростная характеристика этого двигателя.
Активные и реактивные элементы в цепи переменного тока. Емкостное, индуктивное и полное сопротивления. Коэффициент мощности, треугольник сопротивлений. Активная, реактивная и полная мощности.
Как будет показано в дальнейшем, сопротивление переменному току будет больше сопротивления постоянному току за счет неравномерного распределения тока в проводе и потерь энергии в окружающую среду. Поэтому в отличие от сопротивления постоянному току сопротивление r в цепи переменного тока называется активным.
По закону Ома
напряжение, приложенное к элементу r
в любой момент
времени, определяется выражением
.
Отсюда
мгновенный ток
,
где
-
амплитуда тока.
Действующие
напряжение U
и ток I
меньше амплитудных значений в
раз;
следовательно, действующий
ток
т.
е.
равен действующему напряжению, деленному
на активное сопротивление.
Величина
,
измеряемая в единицах сопротивления и
обозначаемая
,
называется емкостным
сопротивлением цепи:
.
Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте приложенного напряжения.
На основании выражения (2-17) определяется связь между действующими напряжением и током:
.
Величина
измеряется
в единицах сопротивления и называется
индуктивным
сопротивлением
цепи. Индуктивное
сопротивление
пропорционально частоте.
Сопротивление
цепи, определяемое формулой
называется полным сопротивлением цепи.
Реактивным называется сопротивление
.Если
в цепи преобладает индуктивное
сопротивление, реактивное
сопротивление выражается положительным
числом, разность
фаз напряжения и тока положительна (
>
0) и напряжение цепи опережает
ток. Если в цепи преобладает емкостное
сопротивление, реактивное сопротивление
выражается отрицательным числом,
разность фаз отрицательна (
<
0) и ток цепи опережает напряжение.
Средняя мощность
за период, подобно мощности цепи
постоянного
тока, определяет энергию, подводимую к
цепи за одну
секунду. Поэтому ее называют активной
мощностью.
Значение мощности зависит от действующих
тока и напряжения цепи и угла сдвига
фаз между напряжением и током.
Множитель
называется
коэффициентом
мощности.
Переменная мощность
идущая на увеличение магнитного или
электрического полей или поступающая
обратно в сеть, называется реактивной
мощностью.
Ее амплитуда
.
Реактивная мощность выражается в
вольт-амперах.
Мощность изменяющаяся
с двойной частотой и имеющая амплитуду
называется
полной
мощностью.
Треугольник сопротивлений. Длины сторон треугольника сопротивлений определяются путем деления соответствующих напряжений на значение тока. Гипотенуза треугольника сопротивлений изображает полное сопротивление цепи, катеты — активное и реактивное сопротивления. При >0сторона треугольника jx направлена влево от катета r — преобладает индуктивное сопротивление; при <0 сторона треугольника —jx направлена вправо — преобладает емкостное сопротивление.
Последовательное соединение активного сопротивления и катушки индуктивности. Схема, уравнения напряжений, треугольник напряжений. Диаграмма.
Последовательное соединение активного и емкостного сопротивлений. Схема, треугольник напряжений. Диаграмма.
Последовательное соединение активного, емкостного и активно-индуктивного сопротивлений. Второй закон Кирхгофа для напряжений. Схема. Векторная диаграмма.
Резонанс напряжений. Условия получения резонанса напряжений. Общее сопротивление, коэффициент мощности, величина тока и мощности при резонансе напряжений.
Реактивные
индуктивные и емкостные сопротивления
цепи переменного тока могут полностью
уравновесить друг друга. В этом случае
имеем резонанс в цепи. При резонансе
сопротивление цепи является чисто
активным, угол сдвига между напряжением
и током равен нулю и
=
1.
Резонанс в цепи можно получить тремя способами: изменяя частоту напряжения цепи, индуктивность или емкость или то и другое вместе.
Угловая частота, при которой наступает резонанс, называется резонансной или собственной угловой частотой цепи.
Резонанс
напряжений.
При
резонансе напряжении в схеме рис. 2-35, в
напряжения на катушке индуктивности
и
конденсаторе
взаимно компенсируются, и резонансная
угловая частота
определяется
из условия
откуда
.
Полное сопротивление
цепи при взаимной компенсации
и
равно
только активному сопротивлению цепи
;
следовательно, при неизменном напряжении
на зажимах U
ток в цепи достигает наибольшего
возможного значения. Напряжения на
зажимах катушки и конденсатора могут
превосходить напряжение на зажимах
цепи в десятки раз. Поэтому резонанс
при последовательном соединении
элементов называют резонансом напряжений.
Равенство напряжений и при их сдвиге по фазе на 180° означает, что в любой момент времени индуктивное и емкостное напряжения равны по значению и противоположны по знаку: =- Вследствие этого мгновенные значения реактивных мощностей, соответствующие индуктивности и емкости, равны и имеют противоположные знаки.
Увеличение или
уменьшение энергии магнитного поля
равно уменьшению или увеличению энергии
электрического поля, т. е.
в цепи происходит непрерывный обмен
энергией между катушкой и конденсатором,
обусловленный изменениями напряжения
и тока, а энергия, поступающая из сети,
покрывает потери энергии в эквивалентном
резистивном
элементе с активным сопротивлением
.
Из выражений для емкостного и индуктивного сопротивлений при резонансе получим
.
Величина Z равна отношению или к току I измеряется в единицах сопротивления и называется волновым сопротивлением.
Зависимость тока
в цепи от частоты при неизменном
напряжении U
на зажимах представлена на рис. 2-37.
Кривая
имеет максимум при
,
когда сопротивление цепи наименьшее:
.
При частоте
преобладает
емкостное сопротивление и ток опережает
напряжение; для
угол
,
а для
ток
отстает от напряжения.
Параллельное соединение сопротивлений в цепи переменного тока. Схема, общий ток и сдвиг фаз между током, и напряжение в каждой ветви цепи. Треугольник токов. Активная, реактивная и полная мощности. Векторная диаграмма.
Исследуем цепь с параллельным включением резистивного элемента, идеальной катушки индуктивности и конденсатора. В действительности всякая катушка индуктивности обладает сопротивлением, а в конденсаторах имеют место потери энергии. Поэтому после рассмотрения идеализированной схемы, для которой наиболее просто определяются необходимые выражения, исследуем схемы с реальными элементами.
При действии
напряжения
в неразветвленной части
цепи протекает ток
, где
—
мгновенные значения активного, реактивного
индуктивного и реактивного емкостного
токов.
Реактивная
составляющая токов определится как
.
Токи
и
в
каждый момент времени имеют разные
направления; показанные на рис. 2-25
условные положительные направления
вначале могут быть назначены одинаковыми,
чему соответствует сложение токов.
Построим векторную диаграмму и треугольник
токов (рис.
2-26). Катетами треугольника токов являются
активный
и реактивный
токи, гипотенузой прямоугольного
треугольника токов — ток I.
Вектор
,
изображающий реактивную составляющую
тока, направлен вправо при
(рис. 2-26, а)
или влево при
(рис. 2-26,6) от вектора напряжения. Активная
составляющая тока
имеет один и
тот же знак при
любых значениях
.
Реактивная составляющая
тока меняет
знак вместе с изменением знака угла
.
Вектор тока разветвленной цепи является геометрической суммой токов отдельных ветвей.
Активная и реактивная мощности складываются из мощностей отдельных ветвей:
Комплексный ток неразветвленной части цепи равен сумме комплексных токов отдельных ветвей:
.
Комплексные токи цепи и ветвей определяются произведениями комплексных напряжения и проводимости:
