Курс лекций по электротехнике

 

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Курс лекций по электротехнике
Теория электрических сигналов
Начертательная геометрия
Компьютерная графика
Курс лекций по физике
Электростатика
Электромагнетизм
Курс лекций по оптике
Материаловедение
Курс лекций по математике
Линейная алгебра
История искусства
Основные направления в искусстве
Общая энергетика
Экологические проблемы
в теплоэнергетике
Курс лекций по информатике
Практикум по компьютерной
графике

Расчет электрических цепей постоянного тока Учебное пособие предназначено для обучающихся всех специальностей, изучающих теорию электрических цепей.

Проводим анализ схемы При анализе работы многих электротехнических устройств приходится иметь дело со сложными электрическими цепями, схемы замещения которых содержат как активные так и пассивные элементы.

Изображение всех деревьев графа, выбор одного дерева для дальнейшего расчета схемы

Выбрать главные контуры и составить матрицу контуров: Главными контурами называют контуры, в каждый из которых входит только по одной ветви связи.

Компонентные уравнения идеализированных активных элементов. Идеальный источник напряжения (источник напряжения, источник ЭДС) представляет собой идеализированный активный элемент с внутреннем сопротивлением, равным нулю Rвн = 0, а напряжение на зажимах которого не зависят от тока через эти зажимы.

Уравнения цепи в матричной форме, в том числе с узловыми потенциалами и контурными токами, получаются наиболее коротким путем при введении понятия обобщенной ветви-двухполюсника общего вида

С учетом компонентных уравнений записать систему уравнений по первому и второму законам Кирхгофа и определить токи и напряжения в ветвях.

Курсовые (типовые) расчеты по электротехнике Расчет электрических цепей

Проведем анализ схемы Электрическая схема имеет 6 (шесть) ветвей В и шесть неизвестных токов. Число узлов У в схеме 4 (четыре), следовательно, по первому закону Кирхгофа необходимо составить три уравнения, и по второму тоже три. Решение задачи методом контурных токов потребовало бы составления трех уравнений.

Составить систему контурных уравнений, определить токи в ветвях Метод контурных токов сводится к составлению и решению систем уравнений, получаемых только по второму закону Кирхгофа применительно к понятиям контурных токов, сопротивлений и ЭДС.

Определить ток I3 в третьей ветви методом эквивалентного генератора Важным принципом эквивалентности, широко применяемым при анализе линейных электрических цепей, является принцип эквивалентного генератора (теорема об активном двухполюснике или теорема Гельмгольца – Тевенена).

Проверяем соблюдение баланса мощности в электрической цепи

Построить потенциальную диаграмму для контура, в котором нет источников тока Графическое изображение распределения потенциалов в электрической цепи относительно точки, потенциал которой условно принят равным нулю в зависимости от сопротивлений участков цепи, называется потенциальной диаграммой.

Курс лекций по теории электрических цепей Все предыдущие исследования электрических цепей касались установившихся режимов их работы, когда токи и напряжения были либо постоянны, либо менялись по заданному гармоническому закону. Однако, кроме названных режимов, характеризующих устойчивое стационарное состояние цепи, существуют режимы, которые можно назвать обобщенным понятием, как переходные режимы, или переходные процессы. Они возникают в результате различного рода отклонений и включений участков цепи, коротких замыканий, резкого изменения параметров и т.д.

Короткое замыкание цепи R-L

Включение R, L на постоянное напряжение

Включение цепи R-L к источнику синусоидального напряжения

Общая методика расчета переходных процессов классическим методом на примере цепи второго порядка

Операторный метод расчета переходных процессов Наряду с классическим методом расчета переходных процессов, операторный нашел весьма широкое практическое применение, обусловленное известными преимуществами. Основная сложность расчета классическим методом состоит в определении постоянных интегрирования.

Законы Кирхгофа в операторной форме

Переходный процесс в индуктивно связанных катушках

Пример расчета переходного процесса с помощью интеграла Дюамеля

Преобразование Фурье

Четырехполюсники Исследование и расчет сложных цепей в существенной мере упростятся, если исходную цепь разделить на отдельные блоки, связанные друг с другом двумя, тремя и большим числом зажимов. Рассматривая методы расчета сложных цепей, мы вводили понятие двухполюсников, при расчете трехфазных цепей мы имели дело с трехполюсниками. Теперь остановимся на понятии четырехполюсников, таких электрических цепей, у которых можно выделить две пары зажимов. На практике четырехполюсники применяются для передачи и преобразования сигналов, несущих в себе информацию. Совокупность соединенных друг с другом четырехполюсников можно считать каналом связи, соединяющим источник информации (генератор) и приемник (нагрузку).

Входное сопротивление пассивного четырехполюсника В случае, когда четырехполюсник включен между генератором и нагрузкой, то режим работы генератора будет существенно завесить от входного сопротивления четырехполюсника. В свою очередь, этот параметр будет зависеть от входного сопротивления четырехполюсника, а также сопротивления нагрузки ZН1 и ZН2. Для определения коэффициентов Zвх1 и Zвх2 выполняют режимы холостого хода и короткого замыкания, что упрощает исходную систему уравнений.

Схемы замещения пассивного четырехполюсника Ранее было установлено, что любой пассивный четырехполюсник однозначно характеризуется тремя независимыми коэффициентами.

Способы соединения пассивных четырехполюсников Существуют шесть видов соединения четырехполюсников. Покажем реализуемость их на нескольких примерах

Передаточная функция четырехполюсника Отношение комплексных амплитуд или комплексных действительных значений токов или напряжений на выходе к аналогичным величинам на входе называется передаточной функцией четырехполюсника. Вводится передаточная функция по напряжению и по току

Линии с распределенными параметрами До сих пор мы исследовали электрические цепи, содержащие сосредоточенные параметры R, L, C. Для них можно считать, что электрическое поле сосредоточено в конденсаторе, а магнитное поле в катушке индуктивности. В случае, когда энергия преобразуется в тепло, то этот элемент представлен сопротивлением, однако на практике дело обстоит иначе. Преобразование электрической энергии в неэлектрические виды энергии также сосредоточено в отдельных элементах электрической цепи. Однако встречается ряд случаев, когда такое допущение становится неприемлемым.

Фазовая скорость и коэффициент распространения Оценим скорость перемещения волн вдоль линии. Фазовой называется такая скорость, перемещаясь с которой вдоль волны, наблюдаем одну и ту же фазу.

Нагрузочный режим работы линии В случае, когда линия нагружена на сопротивление Z2, то в ней в общем случае существуют одновременно падающие и отраженные волны. Отношение отраженной волны тока или напряжения к падающей в конце линии называется коэффициентом отражения, который является комплексным числом

Короткое замыкание и холостой ход линии По режимам холостого хода и короткого замыкания линии можно определить вторичные параметры

Стоячие волны в линии Рассмотрим особенности режима работы линии без потерь в двух предельных ее режимах: холостого хода и короткого замыкания.

Нелинейные цепи Элементы нелинейных цепей на постоянном токе, их характеристики и параметры Во всех предыдущих разделах рассматривались режимы работы линейных электрических цепей, токи и напряжения которых были связаны линейными уравнениями. Цепи, содержащие хотя бы один нелинейный элемент, называются нелинейными цепями. Зависимость тока от напряжения у таких элементов в большей или меньшей степени отлична от линейной. Особо подчеркнем, что принцип наложения в таких цепях неприменим, в отличие от линейных цепей. Характеристики нелинейных элементов могут задаваться аналитическими функциями или с помощью таблиц.

Расчет нелинейной электрической цепи при смешанном соединении элементов Рассмотрим один из методов расчета нелинейных цепей на постоянном токе – графоаналитический метод.

Стабилизация напряжения и тока с помощью нелинейных элементов В линейных цепях стабилизацию осуществить невозможно, т.к. все токи и падения напряжения изменяются пропорционально при изменении приложенного напряжения.

Магнитные цепи при постоянных токах Самостоятельную группу нелинейных цепей образуют магнитные цепи. Магнитной цепью называется совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела, процессы в которых характеризуются понятиями магнитодвижущей силы или намагничивающей силы (IW), магнитного потока (Ф) и падением магнитного напряжения или разностью магнитных потенциалов (Uм). Для расчета магнитных цепей используется закон полного тока, который формулируется так: циркуляция вектора напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме токов, пересекающих площадь, ограниченную контуром интегрирования

Постоянный магнит нашел широкое практическое применение (генераторы тока, магнето, преобразующие элементы приборов магнитоэлектрической системы, динамики, громкоговорители и т.д.). Рассмотрим принцип расчета постоянного магнита. Если на замкнутый магнитопровод, выполненный из магнитотвердого материала (широкая петля гистерезиса) намотать обмотку и пропустить через нее ток такой величины, чтобы рабочая точка оказалась в зоне насыщения, а затем ток уменьшить до нуля, то напряженность поля также снижается до нуля, а индукция при этом равна остаточной магнитной индукции BR.

Потери в стали Любые изменения магнитного потока в стальном сердечнике неизменно сопровождаются выделением тепла, причем часть тепла затрачивается на преодоление потерь на гистерезис или перемагничивание и потерь, вызванных вихревыми токами (токи Фуко). Эту мощность называют потерями в стали. Учет этой мощности является неизменным условием расчета любого электротехнического устройства, поскольку он задает тепловой режим и эффективность его работы. 

Векторная диаграмма и схема замещения реальной катушки Проведем анализ реальной катушки, т.е. учтем ее активное сопротивление Rк и поток рассеяния Фs.

Трансформатор с ферромагнитным сердечником При анализе индуктивно связанных цепей была рассмотрена теория воздушного (линейного) трансформатора, т.е. трансформатора без ферромагнитного сердечника. Ферромагнитный сердечник позволяет резко увеличить магнитный поток, что, в свою очередь, приводит к увеличению мощности, передаваемой из одной обмотки в другую, но при этом трансформатор становится нелинейным и возникают дополнительные потери в сердечнике.

Опыт К.З. При замкнутой накоротко вторичной обмотке на первичную обмотку подается такое пониженное напряжение Uk, чтобы ток короткого замыкания первичной обмотки равнялся номинальному. Величина этого напряжения устанавливается при плавном увеличении напряжения с нуля.

Нелинейный конденсатор в цепи синусоидального тока Диэлектрическая проницаемость конденсатора зависит от приложенного напряжения. Такая зависимость существует у сегнетовой соли, поэтому материалы носят название сегнетодиэлектриков. Если в качестве диэлектрика используется полупроводник, то он носит название варикап, если керамика, то вариконд

Вентиль в цепи синусоидального тока Полупроводниковые электронные приборы с практически односторонней проводимостью носят название вентилей. Они относятся к активным нелинейным сопротивлениям, которые задаются нелинейной в.а.х. . Кроме того, они относятся к классу безинерционных нелинейных элементов.

Расчет нелинейных цепей по мгновенным значениям

Правило выполнения лабораторных работ Выполнению каждой лабораторной работы предшествует самостоятельная предварительная подготовка студента путём изучения по литературе необходимых разделов курса, выполнения расчётов, изучения описания лабораторного макета, задания и порядка выполнения соответствующей лабораторной работы

Нелинейное резонансное усиление, умножение и преобразование частоты Цель работы Экспериментальное исследование физических процессов при нелинейном резонансном усилении, умножении и преобразовании частоты. Изучение выбора оптимального режима работы нелинейного элемента.

Амплитудная модуляция и детектирование ам-сигналов Экспериментальное исследование физических процессов при амплитудной модуляции и детектировании АМ – сигналов.

Частотная модуляция и детектирование ЧМ-сигналов Экспериментальное исследование физических процессов при частотной модуляции и детектировании ЧМ-сигналов.

Исследование LC-автогенератора гармонических колебаний Изучение и экспериментальное исследование особенностей работы LC-автогенератора в различных режимах самовозбуждения: мягком, жёстком, при автоматическом смещении, при внешнем воздействии.

Параметрическое возбуждение и усиление колебаний Экспериментальное исследование колебательного контура с нелинейной емкостью и физических процессов в параметрическом колебательном контуре в режиме возбуждения и усиления колебаний.

В цепь переменного тока напряжением U = 300 В, и частотой 50 Гц включена последовательно катушка с индуктивным сопротивлением
ХL =40 Ом и активным сопротивлением R= 30 Ом и конденсатор ёмкостью С = 400 мкФ. Определить ток, напряжение на катушке и конденсаторе, активную и реактивную мощности катушки и конденсатора и всей цепи. Определить, при какой частоте наступит резонанс в цепи, и каковы при этом будут ток, напряжение на катушке и конденсаторе, их реактивные мощности и активная мощность цепи. Построить векторные диаграммы для этих режимов работы

В сеть переменного тока напряжением U = 250 В включена цепь, состоящая из двух параллельных ветвей с сопротивлениями R1 = 25 Ом, R2 = 10 Ом и XL = 7 Ом. Определить показания измерительных приборов, полную и реактивную мощности цепи, построить векторную диаграмму, треугольники токов и мощностей.

Задача В трёхфазную четырехпроводную цепь с симметричным линейным напряжением UЛ = 220 В включены звездой сопротивлением RA = 6 Ом, RB = 7 Ом, RC = 9 Ом, XA = 7 Ом, XB = 6 Ом, XC = 11 Ом. Определить фазные и линейные токи, ток нейтрального провода, мощности всей цепи и каждой фазы в отдельности.

Задача В трехфазную трехпроводную цепь с симметричным линейным напряжением UЛ=120 В включены треугольником активные сопротивления RAB=5 Ом, RBC=9 Ом и RCA=12 Ом. Определить фазные и линейные токи, активную мощность всей цепи и каждой фазы в отдельности. Построить векторную диаграмму цепи.

Заданы параметры трехфазного трансформатора. Номинальная мощность S1ном=100 кВ×А. Номинальные напряжения . Потери холостого хода PX=395 Вт. Потери короткого замыкания РК=2020 Вт. Схема соединения обмоток: звезда/звезда, 12 группа соединения. Определить коэффициент трансформации и номинальные токи обмоток, КПД трансформатора при 50 %, 100  и 125 % нагрузки от номинальной. Коэффициент мощности нагрузки cos j=0,8.

Задача Рассчитать электрическую линию однофазного переменного тока для питания группы ламп накаливания мощностью Р = 1.4 кВт при напряжении питающей сети U = 127 B и протяженности линии L = 45 м. Линию проложить в трубе с алюминиевыми проводами. Выбрать предохранители и токи плавких вставок для защиты линии от короткого замыкания.

Задача Рассчитать мощность электродвигателя насоса с номинальной производительностью Q=18 м3/ч=0.005 м3/с и частотой вращения nном=920 об/мин = 15.33 об/с при расчетном напоре Н = 28 м. Плотность перекачиваемой жидкости g = 1.4 кГс/дм3 = 1400 кГс/м3, КПД насоса hном=0,8, коэффициент загрузки Kз=1,0.

Задача Для измерения мощности трехфазной цепи с симметричным линейным напряжением Uл=220 В используются два ваттметра. Приемник содержит симметричную активно- индуктивную нагрузку, ZA = ZB = ZC, соединенную звездой. Мощность каждой фазы PФ =380 кВт при cosj = 0.6, j=53о.

Варианты контрольных заданий Задача. В цепь переменного тока напряжением U и частотой 50 Гц включена последовательно катушка с индуктивным сопротивлением ХL и активным сопротивлением R Ом и конденсатор ёмкостью С. Определить ток, напряжение на катушке и конденсаторе, активную и реактивную мощности катушки и конденсатора, и всей цепи. Определить частоту резонанса цепи и ток, напряжение на катушке и конденсаторе, реактивные мощности их и активную мощность цепи. Построить векторные диаграммы для этих режимов работы.

Начертательная геометрия, инженерная графика, основы конструирования Компьютерная графика, физика