- •Зм 2. Електричні кола змінного струму 54
- •Зм 3. Трифазні електричні системи 98
- •Зм 4. Перехідні процеси в електричних колах 121
- •Зм 5. Магнітні кола 136
- •Зм 6. Трансформатори 153
- •Зм 7. Електричні машини 177
- •Додаток 236
- •Список рекомендованої літератури 239 Передмова
- •Електротехніка Вступ
- •Зм 1. Електричні кола постійного струму
- •1.1. Елементи і режими роботи електричних кіл.
- •1.1.1. Закон Ома для ділянки кола.
- •1 .1.2. Напруга на клемах джерела.
- •1.1.3. Енергетичні співвідношення. Закон Джоуля–Ленца.
- •1.1.4. Режими роботи електричних кіл.
- •1.1.5. Точки характерних режимів на зовнішній характеристиці джерела.
- •1.1.6. Способи з’єднання споживачів
- •1.1.7. З’єднання гальванічних елементів живлення.
- •1.1.7.1. Послідовне з’єднання гальванічних елементів.
- •1 .1.7.2. Паралельне з’єднання гальванічних елементів.
- •1.1.7.3. Змішане з’єднання гальванічних елементів.
- •1.2. Розрахунок електричних кіл постійного струму.
- •1.2.1. Розрахунок простих кіл електричного струму.
- •1.2.2. Перетворення трикутника опорів в еквівалентну зірку.
- •1.2.3. Закони Кірхгофа.
- •1.2.4. Розрахунок складних кіл постійного струму.
- •1.2.4.1. Безпосереднє використання законів Кірхгофа для розрахунку складних кіл.
- •1.2.4.2. Метод контурних струмів.
- •1.2.4.3. Метод вузлових напруг.
- •1.2.4.4. Метод еквівалентного генератора.
- •1.2.4.5. Метод суперпозиції.
- •1.3. Нелінійні опори в колах постійного струму.
- •1.3.1. Коло з двома послідовними нелінійними опорами.
- •1.3.2. Коло з двома паралельними нелінійними опорами.
- •1.3.3. Змішане з’єднання нелінійних опорів.
- •1.3.4. Приклад розрахунку схеми стабілізації струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 2. Електричні кола змінного струму
- •2.1. Основні поняття.
- •2.2. Синусоїдальні змінні струми.
- •2.2.1. Діюче (ефективне, середньоквадратичне) значення.
- •2.2.2. Середнє значення змінного струму.
- •2.2.3. Потужність синусоїдального змінного струму.
- •2.2.4. Зображення синусоїдальних величин векторами, що обертаються.
- •2.2.4.1. Вектори, що обертаються.
- •2.2.4.2. Додавання синусоїдальних величин.
- •2.2.4.3. Векторні діаграми.
- •2.3. Елементи кіл змінного струму
- •2 .3.1. Активний опір на змінному струмі.
- •2.3.2. Індуктивність на змінному струмі.
- •2.3.3. Конденсатор на змінному струмі.
- •2.3.4. Послідовне з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2 .3.5. Паралельне з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2.3.6. Еквівалентний перехід від послідовної схеми до паралельної.
- •2.3.7. Змішане з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2.4. Символічний метод розрахунку кіл синусоїдального струму.
- •2.4.1. Комплексні числа. Форми представлення та основні операції.
- •2.4.2. Уявлення параметрів електричного змінного струму через комплексні числа
- •2.4.3. Активна, реактивна і повна потужність.
- •2.4.4. Розрахунок складних кіл змінного струму.
- •2.4.5. Значення cos .
- •2.4.6. Фазоперетворювач.
- •2.5. Резонансні явища в електричних колах змінного струму.
- •2.5.1. Резонанс в послідовному колі.
- •2 .5.2. Резонанс при паралельному з’єднанні елементів.
- •2.5.3. Резонанс при змішаному з’єднанні елементів
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 3. Трифазні електричні системи Вступ
- •3 .1. Устрій генератора трифазного струму
- •3.2. З’єднання джерела і навантажень
- •3.2.1. Незв’язана система трифазних струмів
- •3.2.2. З’єднання «зіркою» в трифазних колах.
- •3 .2.2.1. Чотирипровідна система.
- •3 .2.2.2. Трипровідна система.
- •3.2.2.3. Потужність трифазного кола при з’єднанні «зіркою».
- •3.2.3. Розрахунок трифазного кола при з’єднанні зіркою.
- •3.2.3.1. Трипровідна система з симетричним навантаженням.
- •3.2.3.2. Чотирипровідна система при несиметричному навантаженні.
- •3.2.4. Методика розрахунку з використанням комплексних чисел.
- •З’єднання «трикутником» в трифазних колах.
- •3.2.5.1. З’єднання обмоток генератора за схемою «трикутник».
- •3.2.5.2. З’єднання споживачів за схемою «трикутник».
- •3.2.5.3. Фазні і лінійні струми при з’єднанні «трикутником».
- •3.2.5.4. Потужність трифазного кола при з’єднанні навантажень «трикутником».
- •3.2.6. Комбінації з’єднань джерела і споживачів у трифазних системах.
- •3.2.6.1. З’єднання «зірка – зірка»
- •3.2.6.2. З’єднання «зірка – трикутник»
- •3.2.6.3. З’єднання «трикутник – трикутник»
- •3.2.6.4. З’єднання «трикутник – зірка»
- •3.3. Заземлення в мережах трифазного струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 4. Перехідні процеси в електричних колах Вступ
- •4.1. Закони комутації
- •4.2. Загальні принципи аналізу перехідних процесів
- •4.3. Комутація напруги в rC-колі.
- •4.4. Комутація напруги в rL-колі.
- •4.5. Операторний метод розрахунку перехідних процесів.
- •4 .6. Застосування операторного методу для розрахунку та аналізу rLc-кіл.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 5. Магнітні кола
- •5.1. Магнетизм, магніти, магнітні полюси.
- •5.2. Магнітні кола.
- •5.3. Закон повного струму.
- •5.4. Закон Ома для магнітного кола.
- •5.5. Властивості феромагнітних матеріалів.
- •5.6. Розрахунок нерозгалуженого магнітного кола.
- •5.7. Розрахунок розгалужених магнітних кіл.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 6. Трансформатори Вступ
- •6.1. Устрій однофазного трансформатора напруги.
- •6.2. Режими роботи трансформатора
- •6.2.1. Холостий хід трансформатора
- •6.2.2. Навантажений режим трансформатора.
- •6.2.3. Рівняння намагнічуючих сил трансформатора.
- •6.2.4. Схеми заміщення.
- •6 .2.5. Векторна діаграма навантаженого трансформатора.
- •6.2.6. Приклад використання схеми заміщення для спрощення розрахунків
- •6.2.7. Зміна вторинної напруги трансформатора
- •6.3. Основні практичні розрахункові співвідношення для однофазного трансформатора малої потужності.
- •6.4. Трифазні трансформатори
- •6.4.1. Групи з’єднання обмоток трифазного трансформатора.
- •6.4.2. Номінальні параметри трансформатора
- •6.4.3. Дослід короткого замикання
- •6.4.4. Дослід холостого ходу
- •6.4.5. Коефіцієнт корисної дії (к.К.Д.) трансформатора
- •6.5. Автотрансформатори
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 7. Електричні машини
- •7.1. Асинхронні електричні машини.
- •7 .1.1. Принцип дії асинхронної машини
- •7.1.2. Збудження обертового магнітного поля.
- •7.1.3. Устрій асинхронної машини.
- •7.1.4. Робочі процеси в асинхронній машині.
- •7.1.5. Баланс активних потужностей асинхронного двигуна.
- •7.1.6. Режими роботи асинхронних машин.
- •7.1.7. Регулювання частоти обертання валу асинхронного двигуна.
- •7.1.8. Асинхронний лінійний двигун (лад).
- •7.1.9. Однофазний асинхронний двигун.
- •7.2. Синхронні електричні машини.
- •7.2.1. Принцип дії синхронних машин.
- •7.2.2. Устрій і принцип дії синхронних генераторів.
- •7.2.2.1. Основні частини синхронної машини.
- •7.2.2.2. Отримання синусоїдальної ерс.
- •7.2.2.3. Багатополюсні генератори.
- •7.2.3. Робочий процес синхронного генератора
- •7.2.3.1. Холостий хід.
- •7.2.3.2. Навантажений режим.
- •7.2.4. Векторна діаграма навантаженого синхронного генератора
- •7.2.5. Зовнішня і регулювальна характеристики.
- •7.2.6. Паралельна робота синхронного генератора із мережею.
- •7.2.6.1. Підключення синхронного генератора до мережі.
- •7.2.6.2. Робота синхронного генератора після включення в мережу.
- •7.2.6.3. Регулювання активної потужності синхронного генератора.
- •7.2.6.4. Обертовий момент на валу генератора.
- •7.2.7. Синхронні двигуни
- •7.2.8. Принцип роботи синхронного двигуна.
- •7.3. Машини постійного струму.
- •7.3.1. Устрій машини постійного струму
- •7.3.2. Магнітна система.
- •7.3.3. Принцип дії генератора постійного струму.
- •7.3.4. Робочий процес в генераторі постійного струму.
- •7.3.5. Реакція якоря.
- •7.3.6. Комутація.
- •7.3.7. Зовнішня характеристика.
- •7.3.8. Виникнення електромагнітного обертового моменту.
- •7.3.9. Двигуни постійного струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Додаток
- •Префікси для кратних одиниць
- •Список рекомендованої літератури
Зм 7. Електричні машини 177
7.1. Асинхронні електричні машини. 177
7.1.1. Принцип дії асинхронної машини 177
7.1.2. Збудження обертового магнітного поля. 178
7.1.3. Устрій асинхронної машини. 180
7.1.4. Робочі процеси в асинхронній машині. 181
7.1.5. Баланс активних потужностей асинхронного двигуна. 184
7.1.6. Режими роботи асинхронних машин. 185
7.1.7. Регулювання частоти обертання валу асинхронного двигуна. 186
7.1.8. Асинхронний лінійний двигун (ЛАД). 188
7.1.9. Однофазний асинхронний двигун. 188
7.2. Синхронні електричні машини. 190
7.2.1. Принцип дії синхронних машин. 190
7.2.2. Устрій і принцип дії синхронних генераторів. 190
7.2.3. Робочий процес синхронного генератора 193
7.2.4. Векторна діаграма навантаженого синхронного генератора 196
7.2.5. Зовнішня і регулювальна характеристики. 197
7.2.6. Паралельна робота синхронного генератора із мережею. 198
7.2.7. Синхронні двигуни 205
7.2.8. Принцип роботи синхронного двигуна. 205
7.3. Машини постійного струму. 211
7.3.1. Устрій машини постійного струму 212
7.3.2. Магнітна система. 215
7.3.3. Принцип дії генератора постійного струму. 215
7.3.4. Робочий процес в генераторі постійного струму. 217
7.3.5. Реакція якоря. 220
7.3.6. Комутація. 221
7.3.7. Зовнішня характеристика. 222
7.3.8. Виникнення електромагнітного обертового моменту. 223
7.3.9. Двигуни постійного струму. 224
Питання для самоперевірки. 234
Додаток 236
Префікси для кратних одиниць 236
Список рекомендованої літератури 239 Передмова
У більшості вузів Європи навчальний процес організований на основі модульних технологій навчання. При цьому весь навчальний матеріал освітньо-професійної програми та окремих дисциплін розбивається на окремі модулі, пов’язані структурно-логічною схемою підготовки бакалавра (спеціаліста, магістра).
Модульна технологія характеризується певними ознаками, які відрізняють її від традиційної: сформульовані цілі діяльності, які повідомляються студентам перед початком навчання; зміст навчання подається у формі модулів, які мають гнучку структуру і пристосовані до індивідуального вивчення; процес навчання передбачає використання різноманітних методів і форм в залежності від одиниці змісту навчання, цілей, засобів; контроль за результатами діяльності студентів здійснюється в процесі вивчення модуля та по його закінченню.
Навчальний матеріал кожного модуля містить головні, базові та допоміжні теоретичні знання, практичні вміння і навички, які складають змістові модулі. Модульне планування передбачає виділення опорних знань і умінь, які актуалізуються перед вивченням матеріалу нового модуля, а також системне повторення головних теоретичних знань, практичних умінь і навичок.
Змістовий модуль – це логічно завершений обсяг навчального матеріалу, який повинен засвоїти студент, або закінчена частина освітньо-професійної програми (навчальної діяльності), яку студент повинен виконати. Зазвичай модулі являють собою розділи (теми) навчальної дисципліни і включають в себе взаємопов’язані частини теоретичного та практичного навчального матеріалу – змістові модулі.
Послідовність освоєння окремих навчальних елементів – змістових модулів всередині цілісної модульної програми, тобто цільового плану дій, дозволяє спланувати досягнення результату. Модульне навчання надає студенту можливість самостійно працювати з цією програмою, використовуючи її повністю або замінюючи окремі елементи у відповідності зі своїми потребами.
Важливим компонентом кредитно-модульної системи є формування індивідуальних навчальних планів студентів, які здійснюються на підставі переліків змістових модулів, сформульованих на основі освітньо-професійної програми підготовки і структурно-логічної схеми підготовки фахівців.
Індивідуальний навчальний план студента охоплює нормативні та вибіркові змістові модулі, які об’єднуються в навчальні модулі певної дисципліни. Нормативні змістові модулі необхідні для виконання вимог нормативної частини освітньо-кваліфікаційної характеристики. Вибіркові змістові модулі забезпечують виконання вимог варіативної частини освітньо-кваліфікаційної характеристики. Вони дають можливість здійснювати підготовку за спеціалізацією і сприяють академічній мобільності і поглибленій підготовці, необхідної для майбутньої діяльності. Сукупність нормативних змістових модулів визначає нормативну (обов’язкову) складову індивідуального навчального плану студента.
Зараховують змістові модулі, включені в індивідуальний навчальний план, за результатами певного виду контролю якості освіти студента протягом навчального року, як правило, без екзаменаційних сесій.
З огляду викладеного представлений навчальний посібник складається з логічно пов’язаних змістових модулів (ЗМ), які подаються в посібнику у послідовності, традиційно прийнятою в електротехнічних дисциплінах. Із комбінації змістових модулів складаються інформаційні пакети (навчальні модулі) тієї чи іншої електротехнічної дисципліни, які передбачені для певного освітньо-кваліфікаційного рівня з відповідного напрямку підготовки («Машинобудування», «Будівництво», «Комп’ютерні науки», «Геодезія, картографія та землеустрій»).
Оскільки ряд навчальних програм окремих електротехнічних дисциплін передбачають попередні знання або самостійне вивчення окремих тем, то пропонований посібник містить багато посилань на попередні за логікою викладання змістові модулі, де висвітлюються питання, що не ввійшли до навчальних програм, затверджених для даного напрямку підготовки. Так, наприклад, дисципліна «Радіоелектроніка» передбачає знання електротехнічних законів та знання основ електроніки, які попередньо студентам не викладаються. В цьому випадку матеріал для нагадування або додаткового вивчення міститься у відповідних змістових модулях посібника. Отже посібник можна вважати інформаційним банком для електротехнічних дисциплін, що викладаються в Національному транспортному університеті студентам ряду напрямків підготовки.
Таким чином, метою видання посібника є сприяння професійній підготовці студентів за принципом «уміння через знання», отримання професійних знань, котрі необхідні для конкретної майбутньої діяльності, переходу від формально-репродуктивної до самостійної пошуково-пізнавальної діяльності, до організації широкої самоосвіти.
Посібник містить достатньо багато прикладів виконання розрахункових і модельних завдань, зокрема в зручному для навчального процесу середовищі MathCAD.
Кожний змістовий модуль закінчується переліком контрольних питань для реалізації самоконтролю.
Для зручності видання посібник розділений на три частини. Першу частину складають змістові модулі, де розглядаються питання загальної електротехніки. В другій частині змістові модулі містять матеріал, пов’язаний з електронікою, мікропроцесорною технікою та радіоелектронікою. Третя частина містить набір лабораторних робіт, реалізованих в середовищі WorkBench, із яких складатимуться лабораторні практикуми зазначених дисциплін.