методичка по электротехнике и электронике

СОДЕРЖАНИЕ

Ведение………………………………………………………………………………4

1.  Линейные электрические цепи постоянного тока.……………………………4

2.  Нелинейные электрические цепи постоянного тока………………………..10

3.  Электрические цепи синусоидального тока…………………………………13

4.  Трехфазные электрические цепи……………………………………………..30

5.  Нелинейные магнитные цепи при постоянных синусоидальных МДС……40

6.  Трансформаторы………………………………………………………………47

7.  Электрические машины постоянного тока…………………………………..53

8.  Асинхронные машины………………………………………………………..55

9.  Синхронные машины…………………………………………………………58

10.  Основы электроники…………………………………………………………60

Список литературы………………………………………………………………..73

ВВЕДЕНИЕ

Основой глубоких знаний является самостоятельная работа студентов по изучению дисциплины в течение всего семестра. Для закрепления материала в конце каждого раздела даются задачи для решения. Решение задач нужно рассматривать не как дополнительную нагрузку, а как одну из основных форм усвоения дисциплины.

Данное методическое пособие наряду с лекциями, где излагаются основные теоретические положения курса, практическими занятиями и проводимыми лабораторными работами, где студенты могут непосредственно наблюдать явления и процессы в электротехнических и электронных устройствах, должны помочь студентам закрепить полученные знания по данной дисциплине.

1. Линейные электрические цепи постоянного тока

1.1. Основные определения (электрическая цепь, ветвь, узел, контур).

1.2. Основные явления в электрической цепи и величины, их характеризующие (напряженность электрического поля, электродвижущая сила, электрический ток, электрическое напряжение, электрический потенциал и разность потенциалов, электрическое сопротивление).

1.3. Основные законы электрических цепей:

— закон Омадля участка цепи, определяющий связь между основными электрическими величинами на участках цепи, не содержащих источников (для пассивных участков).

Для пассивного участка цепи (рис. 1.1)

Рис. 1.1

по закону Ома

,

откуда напряжение на пассивном участке цепи

.

Напряжение на пассивном участке часто называют падением напряжения;

— обобщенный закон Ома, определяющий связь между основными электрическими величинами на участках цепи, содержащих источники ЭДС, то есть для активного участка (рис. 1.2)

Рис.1.2

Положительное направление напряжения на сопротивлении R выбрано совпадающим с положительным направлением тока. Положительное направление напряжения Ucb на источнике выбрано от положительного вывода к отрицательному.

Тогда согласно рис. 1.2 напряжение

,

откуда

— это и есть обобщенный закон Ома.

Если бы ЭДС на схеме была направлена навстречу току, тогда

,

откуда

.

Для закрепления материала предлагается решить следующие задачи.

Задача 1.1

При заданном положительном направлении ЭДС Е выбрать положительные направления тока I и напряжения U источника.

Задача 1.2

Если амперметр показывает значение тока I = 2 A, то каким будет показание вольтметра при R = 0,1 кОм.

Задача 1.3

Для каждой из предложенных схемa), b), c) при U = 20В, Е = 20В, R = 5 Ом определить ток I

Задача 1.4

Для предложенной схемы определить напряжение на участке цепи ab, при U=60B, R1=6Ом, R2=7Ом, R3=3Ом.

— 1ый закон Кирхгофа, относящийся к узлам электрической цепи: алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю, т. е.

где Ik – ток k-ой ветви, присоединенной к данному узлу; n – число ветвей, присоединенных к этому узлу.

— 2ой закон Кирхгофа, применяемый к контуру электрической цепи: алгебраическая сумма напряжений в контуре электрической цепи равна нулю или алгебраическая сумма напряжений на сопротивлениях и источниках напряжения этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре

где Up –напряжение на p-омисточнике напряжения контура;Eq – q-ая ЭДС, входящая в данный контур; n – число сопротивлений в контуре; m – число ЭДС в контуре; Ikи Rk – ток и сопротивление на k-ом элементе контура.

Решить задачу.

Задача 1.5

Для нижеприведенной схемы записать для узла aуравнение по 1-му закону Кирхгофа, а для контура adc уравнение по 2-му закону Кирхгофа.

1.4. Энергия и мощность в электрической цепи (мощность источника, мощность приемника).

1.5. Баланс мощностей (на основании закона сохранении энергии) мощность, развиваемая источником электрической энергии, должна равняться мощности преобразования в цепи электрической энергии в другие виды энергии. Мощность преобразования включает в себя:

— полезная мощность – мощность приемника.

— мощность потерь (мощность потерь в источнике – на внутреннем сопротивлении источника, мощность потерь в линиях электропередач)

,

где принимается знак “+” при совпадении направления Eи Uсо своими токами и наоборот.

Решить задачу.

Задача 1.6

Для данной электрической цепи записать уравнение баланса мощности.

Задача 1.7.

Для изображенной схемы записать уравнение баланса мощности

1.6. Режимы работы электрических цепей:

— номинальный – это расчетный режим, при котором элементы цепи работают в условиях, соответствующих проектным данным и параметрам;

— согласованный режим, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника. При этом КПД равна 0,5 – низкий, и для мощных цепей согласованный режим экономически невыгоден;

— режим холостого режима – режим, когда разомкнута внешняя цепь. В этом режиме можно измерить ЭДС источника;

— режим короткого замыкания – режим, при котором выводы источника (приемника) соединены между собой. При этом сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению источника (источника и соединительных проводов), и ток будет максимальным (ток короткого замыкания).

1.7. Метод преобразования цепи. Суть метода в том, что электрическая цепь или ее участки заменяются более простыми по структуре участками цепи, при этом токи и напряжения не преобразованной части цепи не должны изменяться (преобразование последовательно соединенных резистивных элементов, преобразование параллельно соединенных резистивных элементов, преобразование при смешанном соединении резистивных элементов преобразование ветвей с источниками ЭДС).

Решить задачу.

Задача 1.8

Написать формулы для расчета токов I1, I2, I в предложенных схемах а) и б)