- •Програма курсу “теоретичні основи електротехніки” (частина і)
- •1. Електричні кола постійного струму
- •1.1. Елементарні електричні заряди й електромагнітне поле як особливий вид матерії
- •1.2. Електростатичне поле. Напруженість поля
- •1.3. Зв'язок зарядів тіл з їх електричним полем. Теорема Гаусса. Постулат Максвелла
- •Значення ε для деяких діелектриків
- •1.4. Електрична напруга. Потенціал, різниця потенціалів. Електрорушійна сила
- •1.5. Електричний струм і принцип його неперервності
- •1.6. Опір провідника. Питомий опір. Провідність. Питома провідність
- •Значення ρ, γ і α деяких провідникових матеріалів
- •1.7. Енергія та потужність в електричному колі.
- •1.8. Провідники, напівпровідники та діелектрики.
- •Електрична міцність деяких ізоляційних матеріалів
- •1.9. Елементи електричних кіл
- •1.25. Двополюсники, чотириполюсники та багатополюсники електричних кіл
- •1.10. Основні закони електричних кіл
- •1.11. Еквівалентне перетворення опорів
- •1.11.1. Послідовне сполучення резисторів
- •1.11.2. Паралельне сполучення резисторів
- •1.11.3. Змішане сполучення резисторів
- •1 .11.4. Взаємне еквівалентне перетворення резисторів, сполучених трикутником та зіркою
- •1.12. Методи розрахунку електричних кіл постійного струму
- •1.12.1. Метод перетворення
- •1.12.2. Метод рівнянь Кірхгофа
- •1.12.3. Метод контурних струмів
- •1.12.4. Метод вузлових напруг
- •1.12.4.1. Заміна декількох паралельних віток з джерелами ерс, одною еквівалентною віткою
- •1.12.5. Метод накладання
- •1.12.6. Метод еквівалентного генератора
- •1.13. Пересилання електроенергії постійного струму по двопровідній лінії
- •1.14. Нелінійні кола постійного струму
- •1.14.1. Загальні визначення. Статичний та динамічний опори нелінійних елементів
- •1.14.2. Графоаналітичний метод розрахунку нелінійних кіл
- •1.14.3. Аналітичний метод розрахунку нелінійних кіл
- •2. Електрична ємність
- •2.1. Електрична ємність тіл
- •2.2. Конденсатори. Струм конденсатора. Енергія електричного поля
- •2.3. Послідовне і паралельне з'єднання конденсаторів
- •3. Магнітні кола
- •3.1. Основні фізичні величини магнітного поля
- •3.1.2. Магнітний потік (ф)
- •3.1.3. Намагніченість речовин (j). Напруженість магнітного поля (h). Магнітна проникність (μ)
- •3.2. Закон повного струму
- •3.3. Феромагнітні матеріали
- •3.3.1. Деякі властивості феромагнітних матеріалів
- •3.3.2. Класифікація феромагнітних матеріалів.
- •3.4. Основні закони магнітних кіл. Розрахунок магнітного кола
- •3.5. Закон електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •3.6. Котушка індуктивності. Потокозчеплення. Ерс самоіндукції. Енергія магнітного поля.
- •3.7. Індуктивно зв'язані котушки
- •4. Електричні кола змінного синусоїдного струму
- •Генерування синусоїдної ерс. Миттєві, амплітудні, діючі та середні значення ерс, напруг та струмів
- •4.2. Векторне відображення синусоїдних величин. Векторні діаграми
- •4.3. Резистивний, індуктивний та ємнісний опори в колі синусоїдного струму
- •4.4. Послідовне з'єднання резистивного, індуктивного та ємнісного опорів у колі синусоїдного струму. Закон Ома в класичній формі. Трикутник опорів. Коефіцієнт потужності cos φ
- •4.5. Потужність в колі послідовного з'єднання резистивного r і реактивного X опорів
- •4.6. Паралельне з'єднання приймачів у колі змінного струму
- •4.7. Мішане сполучення приймачів
- •4 Рис. 4.18. До визначення резонансу в електричному колі .8. Резонанс в електричних колах
- •4.8.1. Резонанс у колі з послідовним сполученням елементів r, l, с (резонанс напруг)
- •4.8.2. Резонанс у колі з паралельним сполученням елементів r, l, с (резонанс струмів)
- •4.9. Символічний метод розрахунку електричних кіл синусоїдного струму
- •Деякі положення комплексного числення
- •4) Ділення комплексних чисел
- •5) Піднесення комплексного числа до степеня
- •4.9.2. Символічне (комплексне) відображення синусоїдних величин
- •4.9.3. Закони Ома та Кірхгофа в комплексній формі. Комплексні опори та провідності
- •4.9.4. Комплексна потужність
- •4.9.5. Методи розрахунку електричних кіл змінного струму
- •4.9.6. Кола з взаємоіндуктивно зв'язаними котушками
- •Основна література:
- •Додаткова література:
- •Контрольні завдання Завдання 1. Розрахунок складного лінійного кола постійного струму
- •1.2.Зміст роботи:
- •1.4. Методичні вказівки:
- •Завдання 2. Розгалужене коло синусоїдального струму
- •2.2. Зміст роботи:
- •2.4. Приклад виконання завдання 2:
- •Питання до екзамену
4) Ділення комплексних чисел
де .
Якщо комплексні числа подані в алгебричній формі, то тоді треба позбутись комплексного числа в знаменнику. Для цього необхідно чисельник і знаменник помножити на спряжене значення знаменника:
5) Піднесення комплексного числа до степеня
4.9.2. Символічне (комплексне) відображення синусоїдних величин
В параграфі (4.2) було розглянуто векторне відображення синусоїдної величини (4.9) з зображенням її вектором на площині х-о-у (рис. 4.26, а). Замінивши декартову систему координат х-о-у комплексною площиною (+1)-0-(+j) (рис. 4.26,б), можемо за аналогією до формули векторного відображення (4.9):
з
Рис.
4.26 Зображення вектора
на площині Х-О-Y
(а)
та зображення комплексного числа
на площині +1-0-+j
(б)
|
(4.50) |
де знак чи означає "відповідає", "відображає", а
П риклад 4.3. Розглянемо декілька прикладів переходу від миттєвого значення синусоїдної величини до комплексного її відображення, і навпаки.
Рис. 4.27 До
виведення закону Ома в комплексній
формі
Зворотний перехід:
4.9.3. Закони Ома та Кірхгофа в комплексній формі. Комплексні опори та провідності
До кола з послідовним сполученням елементів r, L, С (рис. 4.27, ) прикладена синусоїдна напруга, яка викличе синусоїдний струм, їх комплексні відображення будуть та :
|
(4.51) |
Для замкнутого контуру за другим законом Кірхгофа запишемо рівняння для миттєвих значень напруг:
|
(4.52) |
або в комплексній формі, відобразивши синусоїдні величини комплексними величинами:
|
(4.53) |
де – збігається за фазою зі струмом;
– випереджає струм на 90°;
– відстає від струму на 90°.
Підставляючи ці значення в рівняння (4.53), одержимо:
звідки
|
(4.54) |
Рівність (4.54) називають законом Ома в символічній (чи комплексній)формі.
Опір
|
(4.55) |
називається комплексним повним опором схеми, позначається великою літерою з рискою знизу.
При відомих комплексних значеннях струму й напруги комплексний опір визначається як:
|
(4.56) |
де
|
(4.57) |
Якщо , то і являє собою індуктивний опір ( ); якщо ( , то і є ємнісним опором ( ); і якщо = 0, то х = 0.
На рис. 4.27,б зображена векторна діаграма в комплексній площині для кола (рис. 4.27, ). Надалі векторні діаграми будемо рисувати в комплексній площині для комплексних діючих значень напруг та струмів
Необхідно звернути увагу на те, що дійсною частиною комплексного опору є резистивний опір, а уявною частиною – реактивний опір.
|
(4.58) |
Символи Re – від французьких слів realiser – дійсний, a Im – imaginer – уявний.
Величина, зворотна комплексному опорові, називається комплексною провідністю:
|
(4.59) |
Як видно з (4.59), дійсною частиною комплексної провідності є активна провідність, а уявною – реактивна провідність взята із протилежним знаком:
|
(4.60) |
Величину – називають повною провідністю кола.
Ураховуючи (4.59), закон Ома в комплексній формі може бути записаний ще так:
|
(4.61) |
Закони Кірхгофа справедливі для кіл постійного струму, а для миттєвих значень струмів, ЕРС і напруг змінного струму матимуть такий вигляд:
чи
В електричних колах синусоїдного струму можна додавати діючі (або амплітудні) значення струмів, ЕРС і напруг, але у векторній формі, тобто додавати геометрично, і тому закони Кірхгофа для кіл синусоїдного струму у векторній формі запишуться так:
|
(4.62) |
Ця операція аналогічно виконується і комплексними числами. Тому закони Кірхгофа у комплексній формі запишуться так:
|
(4.63) |
Складаючи рівняння для електричних схем згідно з (4.63), необхідно попередньо вибрати додатні напрямки струмів у вітках, додатні напрямки ЕРС та напруг на елементах (r, l, С) схеми, та додатні напрямки обходу контурів – аналогічно, як в колах постійного струму.