240

Електротехніка

та

Електроніка

Навчальний посібник з електротехнічних дисципін для студентів

національного транспортного університету

ЧАСТИНА 1

Київ 2011

Г .В.Карандаков, В.І.Кривенко

Електротехніка

та

Електроніка

Навчальний посібник з електротехнічних дисципін для студентів

національного транспортного університету

ЧАСТИНА 1

Київ

Видавництво Національного транспортного університету

2011

У ДК 621.3

Рецензенти:

Керівник відділення гібридних моделюючих та керуючих систем в енергетиці Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова НАН України, член-кореспондент НАН України, докт. техн. наук Васильєв В.В.

Завідувач кафедри електричного транспорту Харківської національної академії міського господарства, професор, док. техн. наук Далека В.Х.

Карандаков Г.В., Кривенко В.І. Електротехніка та електроніка: навчальний посібник з електротехнічних дисциплін для студентів Національного транспортного університету: В 3 частинах: ч. 1 / Під ред. Г.В.Карандакова. – Київ: Вид-во Національного транспортного університету, 2011. –  246 с.

Навчальний посібник з електротехнічних дисциплін містить розширене подання лекційного матеріалу з дисциплін «Електротехніка і електроніка», «Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка», «Електротехніка в будівництві», «Схемотехніка ЕОМ», «Радіоелектроніка» а також матеріал зазначених дисциплін за темами, які винесені для самостійного вивчення. Призначений для студентів напрямків «Машинобудування», «Будівництво», «Комп’ютерні науки», «Геодезія, картографія та землеустрій».

В першій частині посібника розглядаються кола постійного, однофазного та трифазного змінного струму, магнітні кола, перехідні процеси при комутаціях, трансформатори та електричні машини.

У підготовці посібника до видання істотну допомогу надавали викладачі кафедри електроніки та обчислювальної техніки – ст. викладач В.К.Суботіна і ас. О.П.Пальчик, за що автори висловлюють їм щиру подяку.

ЗМІСТ

ЗМІСТ 3

Передмова 7

ЕЛЕКТРОТЕХНІКА 9

Вступ 9

ЗМ 1. Електричні кола постійного струму 11

1.1. Елементи і режими роботи електричних кіл. 11

1.1.1. Закон Ома для ділянки кола. 14

1.1.2. Напруга на клемах джерела. 16

1.1.3. Енергетичні співвідношення. Закон Джоуля–Ленца. 20

1.1.4. Режими роботи електричних кіл. 21

1.1.5. Точки характерних режимів на зовнішній характеристиці джерела. 23

1.1.6. Способи з’єднання споживачів 23

1.1.7. З’єднання гальванічних елементів живлення. 24

1.2. Розрахунок електричних кіл постійного струму. 26

1.2.1. Розрахунок простих кіл електричного струму. 27

1.2.2. Перетворення трикутника опорів в еквівалентну зірку. 28

1.2.3. Закони Кірхгофа. 31

1.2.4. Розрахунок складних кіл постійного струму. 33

1.3. Нелінійні опори в колах постійного струму. 48

1.3.1. Коло з двома послідовними нелінійними опорами. 49

1.3.2. Коло з двома паралельними нелінійними опорами. 50

1.3.3. Змішане з’єднання нелінійних опорів. 50

1.3.4. Приклад розрахунку схеми стабілізації струму. 51

Питання для самоперевірки. 52

Зм 2. Електричні кола змінного струму 54

2.1. Основні поняття. 54

2.2. Синусоїдальні змінні струми. 55

2.2.1. Діюче (ефективне, середньоквадратичне) значення. 58

2.2.2. Середнє значення змінного струму. 59

2.2.3. Потужність синусоїдального змінного струму. 59

2.2.4. Зображення синусоїдальних величин векторами, що обертаються. 60

2.3. Елементи кіл змінного струму 62

2.3.1. Активний опір на змінному струмі. 62

2.3.2. Індуктивність на змінному струмі. 63

2.3.3. Конденсатор на змінному струмі. 65

2.3.4. Послідовне з’єднання елементів r, L, C на синусоїдальному змінному струмі. 67

2.3.5. Паралельне з’єднання елементів r, L, C на синусоїдальному змінному струмі. 68

2.3.6. Еквівалентний перехід від послідовної схеми до паралельної. 68

2.3.7. Змішане з’єднання елементів r, L, C на синусоїдальному змінному струмі. 69

2.4. Символічний метод розрахунку кіл синусоїдального струму. 71

2.4.1. Комплексні числа. Форми представлення та основні операції. 71

2.4.2. Уявлення параметрів електричного змінного струму через комплексні числа 73

2.4.3. Активна, реактивна і повна потужність. 76

2.4.4. Розрахунок складних кіл змінного струму. 76

2.4.5. Значення cos . 83

2.4.6. Фазоперетворювач. 85

2.5. Резонансні явища в електричних колах змінного струму. 86

2.5.1. Резонанс в послідовному колі. 89

2.5.2. Резонанс при паралельному з’єднанні елементів. 92

2.5.3. Резонанс при змішаному з’єднанні елементів 94

Питання для самоперевірки. 95

Зм 3. Трифазні електричні системи 98

Вступ 98

3.1. Устрій генератора трифазного струму 98

3.2. З’єднання джерела і навантажень 100

3.2.1. Незв’язана система трифазних струмів 100

3.2.2. З’єднання «зіркою» в трифазних колах. 101

3.2.3. Розрахунок трифазного кола при з’єднанні зіркою. 105

3.2.4. Методика розрахунку з використанням комплексних чисел. 107

3.2.5. З’єднання «трикутником» в трифазних колах. 110

3.2.6. Комбінації з’єднань джерела і споживачів у трифазних системах. 113

3.3. Заземлення в мережах трифазного струму. 116

Питання для самоперевірки. 119

Зм 4. Перехідні процеси в електричних колах 121

Вступ 121

4.1. Закони комутації 121

4.2. Загальні принципи аналізу перехідних процесів 122

4.3. Комутація напруги в rC-колі. 122

4.4. Комутація напруги в rL-колі. 126

4.5. Операторний метод розрахунку перехідних процесів. 127

4.6. Застосування операторного методу для розрахунку та аналізу rLC-кіл. 131

Питання для самоперевірки. 134

Зм 5. Магнітні кола 136

5.1. Магнетизм, магніти, магнітні полюси. 136

5.2. Магнітні кола. 137

5.3. Закон повного струму. 140

5.4. Закон Ома для магнітного кола. 140

5.5. Властивості феромагнітних матеріалів. 142

5.6. Розрахунок нерозгалуженого магнітного кола. 143

5.7. Розрахунок розгалужених магнітних кіл. 148

Питання для самоперевірки. 151

Зм 6. Трансформатори 153

Вступ 153

6.1. Устрій однофазного трансформатора напруги. 154

6.2. Режими роботи трансформатора 158

6.2.1. Холостий хід трансформатора 158

6.2.2. Навантажений режим трансформатора. 160

6.2.3. Рівняння намагнічуючих сил трансформатора. 161

6.2.4. Схеми заміщення. 161

6.2.5. Векторна діаграма навантаженого трансформатора. 163

6.2.6. Приклад використання схеми заміщення для спрощення розрахунків 165

6.2.7. Зміна вторинної напруги трансформатора 166

6.3. Основні практичні розрахункові співвідношення для однофазного трансформатора малої потужності. 167

6.4. Трифазні трансформатори 167

6.4.1. Групи з’єднання обмоток трифазного трансформатора. 168

6.4.2. Номінальні параметри трансформатора 170

6.4.3. Дослід короткого замикання 171

6.4.4. Дослід холостого ходу 172

6.4.5. Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) трансформатора 173

6.5. Автотрансформатори 174

Питання для самоперевірки. 175