Учебное пособие по электротехнике

1.1 Электрическое поле. Закон Кулона


Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии

Электроны – мельчайшие отрицательно заряженные частицы, которые с огромной скоростью вращаются вокруг ядра по замкнутым орбитам.


Электрический заряд – физическая величина, характеризующая способность тела вступать в электромагнитные взаимодействия
Тело называют электрически заряженным, если в нем преобладают положительные или отрицательные заряды

Элементарный заряд:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Закон сохранения заряда: в изолированной системе тел алгебраическая сумма электрических зарядов постоянна.

Электрический заряд не возникает и не исчезает, лишь перераспределяется между телами системы.


Закон Кулона: сила взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел прямо пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где Q1 и Q2 – заряды точечных тел, Кл;
R – расстояние между их центрами, м;

·а – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды.


Электрическая постоянная – это абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (
·0).

13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества
·r – это величина, показывающая, во сколько раз абсолютная диэлектрическая проницаемость этого вещества
·а больше электрической постоянной
·0.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Относительная диэлектрическая проницаемость не имеет размерности, относительно мало зависит от электрических условий и температуры и считается постоянной.


Электрическое поле. Вокруг заряженного тела существует электрическое поле, посредством которого тело электрически взаимодействует с другим заряженным телом.
В случае одноименных зарядов 13 EMBED Equation.DSMT4 1415- сила отталкивания, в случае разноименных зарядов 13 EMBED Equation.DSMT4 1415- сила притяжения.
Сила 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 направлена по прямой, соединяющей заряды.


Напряженность электрического поля равна отношению силы F, действующей на неподвижное положительно заряженное пробное тело, помещенное в данную точку поля, к величине заряда q этого тела.

13 EMBED Equation.DSMT4 141513 EMBED Equation.DSMT4 1415
Напряженность электрического поля – его силовая характеристика
Направление 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 совпадает с направлением 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 в данной точке.

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Электрический потенциал – физическая величина, равная отношению потенциальной энергии заряда к величине самого заряда.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где R – расстояние от заряда до данной точки.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415(вольт).


Отношение работы по перемещению заряда Q между двумя точками электрического поля к заряду называется напряжением между указанными точками.
Электрическим напряжением называется разность потенциалов двух точек электрического поля.

U = A/Q,
UАБ =
·А –
·Б.

Напряжение между любыми двумя точками электрического поля численно равно работе, затраченной на перемещение единичного заряда из одной точки поля в другую.


1.2 Электрическая емкость. Конденсаторы.

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии

Конденсатором называется устройство, состоящее из двух металлических пластин или проводников произвольной формы (обкладок), разделенных диэлектриком.
Если пластины конденсатора присоединить к источнику питания с постоянным напряжением U, то на них образуются равные по величине, но противоположнее по знаку электрические заряды + Q и - Q.

Емкостью конденсатора называется отношение заряда одной из обкладок Q к приложенному напряжению U.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (фарада)

Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости диэлектрика, площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415


Последовательное соединение конденсаторов.
При последовательном соединении конденсаторов на всех обкладках возникают одинаковые электрические заряды.

При последовательном соединении конденсаторов сумма напряжений равна приложенному к уепи напряжению.

При последовательном соединении конденсаторов величина, обратная эквивалентной емкости, равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов.










U= U1 + U2 + U3; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
При соединении двух конденсаторов

С = С1 С2 / (С1 + С2).


Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Параллельное соединение конденсаторов.

Конденсаторы находятся под одним напряжением.

Общий заряд равен сумме зарядов на отдельных конденсаторах.

При параллельном соединении конденсаторов эквивалентная емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.















U = U1 = U2 = U3.
Q = Q1 + Q2 + Q3.
C = C1 + C2 + C3.



1.3 Постоянный электрический ток. Закон Ома

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.


Условия существования электрического тока:
а) наличие свободных носителей заряда;
б) наличие сил, вызывающих упорядоченное движение зарядов.


Сила тока – это физическая величина, равная заряду, проходящему за единицу времени через поперечное сечение проводника. Ток, неизменный во времени по значению и направлению, называют постоянным.


13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Электродвижущей силой источника энергии(ЭДС) Е называется отношение работы АИ, совершаемой сторонними силами (силы неэлектрической природы) при переносе заряженной частицы нутрии источника, к ее заряду.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Напряжение U на участке цепи – величина, численно равная полной работе при перемещении единичного положительного заряда по данному участку цепи.


13 EMBED Equation.DSMT4 1415;13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


В замкнутой электричесой цепи при своем движении поток свободных электронов сталкивается атомами и молекулами проводника. Проводник оказывает противодействие электрическому току, которое характеризует электрическое сопротивление проводника.
Устройства, имеющие сопротивления и включаемые в электрическую цепь для ограничения или регулирования тока, называются резисторами и реостатами.
Электрическое сопротивление зависит от материала, размеров (длины, поперечного сечения) и температуры проводников.


Сопротивление, которым обладает изготовленный из данного материала провод длиной 1М с поперечным сечением 1 мм2 при температуре 20є С, называют удельным сопротивлением
· и выражают в Ом мм2 / м.


Сопротивление проводника при температуре 20є С
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где l – длина проводника, м;
S – площадь поперечного сечения, мм2..


Сопротивление проводника при температуре, отличной от 20є С:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где
· – температурный коэффициент.

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью и обозначается g.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Чем меньше сопротивление проводника, тем больше его проводимость и, следовательно, он лучше проводит ток.

Величина, обратная удельному сопротивлению называется удельной проводимостью
·.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415;13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Закон Ома для полной электрической цепи.

Сила тока I в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе Е источника электрической энергии и обратно пропорциональна полному сопротивлению R цепи.





















I=E / R; R = rВН + r,
где rВН – внутренне сопротивление источника, Ом;
r – внешнее сопротивление цепи, т.е сопротивление приемника энергии, Ом;
I – сила тока в цепи, А.

Закон Ома для участка цепи.

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна падению напряжения на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

1.4 Работа и мощность электрического тока

Определения. Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Способность тела производить работу называется энергией этого тела.
Электрическая энергия, или работа электрического тока за время t, есть произведение напряжения, тока в цепи и времени его прохождения.

A = U I t.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Мощностью источника называется энергия, вырабатываемая за единицу времени, т.е. скорость преобразования энергии в источнике.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415=Е I.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Мощность приемника Р, характеризующая скорость преобразования в приемнике электрической энергии в другой вид.


Р = U I = I2 r= 13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Отношение мощности приемника (полезной мощности Р) к мощности источника энергии РИ называется его электрическим коэффициентом полезного действия (КПД).


13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Каждая электрическая сеть рассчитывается на свой, нормальный для нее ток.
Аварийный режим работы сети, когда вследствие уменьшения ее сопротивления ток в ней резко увеличивается против нормального, называется коротким замыканием.

Чтобы избежать внезапного, опасного увеличения тока в электрической цепи при ее коротком замыкании, цепь защищают плавкими предохранителями.


1.5 Простые электрические цепи постоянного тока

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии

Последовательное соединение приемников энергии

При последовательном соединении условный конец первого приемника соединяется с условным началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.
По всем участкам последовательной цепи проходит один и тот же ток I.
Сумма напряжений на отдельных приемниках равна напряжению на зажимах цепи.
Эквивалентное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных ее участков.
Мощность всей цепи Р равна сумме мощностей отдельных участков.









I = I1 = I2 = I3;
U = U1 + U2 + U3; U =
· U;
rЭКВ = r1 + r2 + r3; rЭКВ=
·r;
Р = Р1 + Р2 + Р3.


Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Параллельное соединение приемников энергии.

Все приемники энергии присоединяются к одним и тем же узлам и поэтому находятся под одним напряжением U.

Ток в эквивалентном приемнике равен сумме токов в параллельных ветвях при том же напряжении.

Эквивалентная проводимость параллельного соединения приемников равна сумме проводимостей параллельных ветвей.

Мощность разветвленной цепи Р равна сумме мощностей всех ее приемников.















U = U1 = U2 = U3;
I = I1 + I2 + I3;

13 EMBED Equation.DSMT4 1415;
g = g1 + g2 + g3.

Если параллельно включены два приемника, то эквивалентное сопротивление рано:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Р= Р1 + Р2 + Р3.


Первый закон Кирхгофа:

Сумма токов, направленных к узлу электрической цепи, равна сумме токов, направленных от него.

Алгебраическая сумма токов в ветвях, сходящихся в узле, равна нулю. При этом токи, направленные к узлу, считаются положительными, а от узла – отрицательными (или наоборот).



I = I1 + I2 + I3.



I - I1 - I2 - I3 = 0 или
· I = 0.




Закон Джоуля-Ленца: количество электрической энергии, преобразуемой в проводнике в тепловую энергию, пропорционально квадрату тока, электрическому сопротивлению проводника и времени прохождения тока.


Количество выделенной в проводнике теплоты, выраженное в джоулях:

Q = I2 r t.



1.6 Магнитное поле

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии

Магнитное поле – один из видов материи, создаваемой движущимися электрическими зарядами (током).
Силовая характеристика магнитного поля – магнитная индукция 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Интенсивность магнитного поля в каждой его точке определяется магнитной индукцией В.
Магнитная индукция В – векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415;
где В
· с – вебер (Вб);
Тл – тесла.

Сила F взаимодействия магнитного поля с проводником с током – сила Ампера.


F = B I l.


Произведение магнитной индукции В однородного поля и площадки S, перпендикулярной вектору этой индукции, называется магнитным потоком.
















Ф = В S; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415(вебер).
1 Вб = 108 мкс (максвелл).


Абсолютная магнитная проницаемость среды
·а.- величина, являющая коэффициентом, отражающим магнитные свойства среды.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Абсолютную магнитную проницаемость пустоты называют магнитной постоянной
·0.

·0 = 4
· Ч 10-7 Гн/м.
Генри - единица индуктивности (Гн = Ом с)


Отношение абсолютной магнитной проницаемости данного вещества
·а к магнитной постоянной
·0 называется относительной магнитной проницаемостью среды
·r.


·r =
·а /
·0.

Напряженность магнитного поля Н – векторная велиина, которая не зависит от свойств среды и определяется только токами в проводниках, создающими магнитное поле.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415; 1Э (эрстед) =0,8 А/см.

Сумму элементарных магнитных напряжений вдоль замкнутого контура 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 называют циркуляцией вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру.
Магнитное напряжение:

·UM = H1
·l;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии

Алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром, называется полным током
·I.



Закон полного тока: циркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру равна полному току, пронизывающему поверхность, ограниченную этим контуром.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 =
·I.
Токи, пронизывающие поверхность, считаются положительными, если их магнитное поле совпадает с положительным направлением обхода контура.



1.7 Ферромагнетизм. Магнитная цепь

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Ферромагнитные вещества – это вещества, сильно притягивающиеся к магниту (железо, сталь, чугун, никель, кобальт, редкоземельный элемент гадолиний и некоторые сплавы).
Их относительная магнитная проницаемость имеет величину от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч.



·r = 150 (для кобальта);

·r = 300 (для кобальта);

·r до 5000 (для железа);

·r до 100000 (для пермаллоя – сплав стали с никелем)


Парамагнитные – вещества, слабо притягивающиеся к магниту (алюминий, магний, олово, платина, марганец, кислород и др.)
Относительная магнитная проницаемость у этих веществ немного больше единицы.



·r = 1,0000031(для воздуха).


Диамагнитные – вещества, слабо отталкивающиеся от магнита (цинк, ртуть, свинец, сера, медь, хлор, серебро, вода и др.)
Относительная магнитная проницаемость у этих веществ немного меньше единицы.


·r = 0,999995 (для меди).


Устройство, содержащее сердечники из ферромагнитных материалов, через которые замыкается магнитный поток, называется магнитной цепью.

Различают неразветвленные и разветвленные магнитные цепи.
Неразветвленная магнитная цепь называется однородной, если все ее участки выполнены из одного материала и имеют по всей длине одинаковое поперечное сечение.
Разветвленные магнитные цепи могут быть симметричными и несимметричными.


Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Закон Ома для неразветвленной магнитной цепи: магнитный поток прямо пропорционален магнитодвижущей силе (I
·) и обратно пропорционален полному сопротивлению магнитной цепи (
·RM).


13 EMBED Equation.DSMT4 1415


Первый закон Кирхгофа для магнитных цепей:
алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитной цепи равна нулю.




















Ф2 – Ф1 – Ф3 = 0 или
·Ф = 0.


Второй закон Кирхгофа для магнитных цепей:
в контуре магнитной цепи алгебраическая сумма магнитодвижущих сил равна алгебраической сумме магнитных напряжений на отдельных участках.


·I
· =
·H l или
·I
· =
·ФRM.


1.8 Электромагнитная индукция

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией, а возникающий ток – индукционным.





Правило Ленца, устанавливающее направление наведенной ЭДС: при изменении магнитного потока, пронизываюшего контур, в последнем возникает ЭДС такого направления, что обусловленный ею ток противодействует изменению магнитного потока.


Чтобы определить направление индуцированной ЭДС, по правилу Ленца сначала определяют направление магнитного поля, создаваемое индуцируемым током. Затем по правилу буравчика определяют направление индуцируемого тока и ЭДС.

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром










Произведение числа витков катушки на цепленный с ними магнитный поток
· d Ф называется элементарным потокосцеплением d
·.

При всяком изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур, в нем появляется индуктированная ЭДС, определяема равенством:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415-средняя скорость изменения магнитного потока во времени

Если в магнитном поле движется рамка, имеющая
· витков, то ЭДС индукции
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении проходящего по этому контуру тока называется самоиндукцией.
ЭДС самоиндукции еL возникает в любой электрической замкнутой цепи, если в ней изменяется ток.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.



Отношение потокосцепления самоиндукции
·L к изменяющемуся току i контура называется индуктивностью контура L.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415Гн (генри).


ЭДС самоиндукции пропорциональна индуктивности L.и скорости изменения тока в контуре 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.



Индуктивность кольцевой катушки, имеющей
· витков и средний радиус R.








13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где S – поперечное сечение сердечника катушки


Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Индуктивность цилиндрической катушки при 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где l и d – длина и диаметр катушки.



Цепями с большой индуктивностью являются обмотки генераторов, электродвигателей, трансформаторов и катушек со стальными сердечниками.
Меньшую индуктивность имеют прямолинейные проводники.
Короткие прямолинейные проводники, лампы накаливания и электронагревательные приборы индуктивностью практически не обладают, и появление ЭДС самоиндукции в них почти не наблюдается.

Явление, при котором ЭДС в одном контуре индуцируется при изменении силы тока в другом, называется взаимной индукцией.



Отношения потокосцепления
·12 к току i1 называется взаимной индуктивностью двух катушек или контуров М.















Часть магнитного потока первой катушки Ф12 сцепляется со всеми витками второй и и образует с ней потокосцепление
·12 =
·2 Ф12
13 EMBED Equation.DSMT4 1415


Взаимная индуктивность двух кольцевых катушек, намотанных на один каркас.









13 EMBED Equation.DSMT4 141513 EMBED Equation.DSMT4 1415;13 EMBED Equation.DSMT4 1415=Гн(генри)




1.9 Основные определения, относящиеся к переменным токам

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Ток, периодически изменяющийся по значению и направлению, называется переменным(синусоидальным током).
Одно его направление условно считают положительным, другое – отрицательным.


Принцип получения переменного тока основан на равномерном вращении проводящей рамки в магнитном поле.



Значения тока, напряжения, ЭДС в любой данный момент времени называют мгновенными значениями и обозначают i, u, e, а наибольшие мгновенные значения периодически изменяющихся величин – амплитудными значениями и обозначают Im,Um,Em.



i=Imsin
· t.



Периодом Т переменного тока называется интервал времени, за который напряжение и сила тока совершают полное колебание и принимают прежнее по величине и знаку мгновенное значение.


13 EMBED Equation.DSMT4 1415; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 = с (секунда).


Частотой переменного тока называется величина, обратная периоду Т и характеризующая число полных колебаний тока в секунду.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 Гц (герц).
Промышленной частотой является 50 Гц.



Произведение р
· называется электрическим углом, а отношение электрического угла ко времени – электрической угловой скоростью или угловой частотой.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415=рад/с.
При частоте f = 50 Гц
· = 314 рад/с.



Действующее значение переменного синусоидального тока меньше его амплитудного значения в 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 раз.
Действующее значение переменного синусоидального напряжения меньше его амплитудного значения в 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 раз.
Действующее значение ЭДС меньше его амплитудного значения в 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 раз.


13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Среднее арифметическое значение из всех мгновенных значений положительной полуволны называется
средним значением синусоидального тока, напряжения и ЭДС за полупериод (IСР, UСР, EСР).

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Отношение действующего значения переменного тока (напряжения или ЭДС) к среднему значению называется коэффициентом формы kФ.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Отношение амплитудного значения к действующему называется коэффициентом амплитуды kа

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


1.10 Фаза. Разность фаз

Определения.
Формулировки.
Формулы. Графики. Комментарии


Момент времени, в который синусоидальная величина (ток, напряжение, ЭДС) равна нулю и переходит от отрицательных значений к положительным, называется началом периода.



13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где Im – амплитудное значение тока;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415- угловая частота.


Если в момент начала отсчета времени синусоидальный ток не равен нулю, то уравнение примет вид 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Аргумент синуса 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, выражаемый в радианах или градусах, называется фазным углом или фазой.
Угол
· определяет смещение синусоиды относительно начала координат и называется начальной фазой.
Начальная фаза – это электрический угол, определяющий синусоидальный ток (напряжение или ЭДС) в начальный момент времени (t = 0).


13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Разность начальных фаз двух синусоидальных величин одной частоты называется углом сдвига фаз
·.
Временной сдвиг определяется разностью начальных фаз.








u = Um sin
· t +
·1;
i = Im sin
· t +
·1.
Угол сдвига фаз напряжения u и тока I

· = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


1.11 Однофазные электрические цепи

Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Электрическая цепь переменного тока характеризуется тремя параметрами: активным сопротивлением r , индуктивностью L и емкостью C.

В элементах цепи, имеющих активное сопротивление, электрическая энергия преобразуется в теплоту. В элементах цепи с индуктивностью и емкостью (реактивных элементах) энергия в виде теплоты не выделяется, а периодически накапливается в магнитном и электрическом полях, а затем возвращается к источнику электроэнергии.


Цепь с активным сопротивлением.

Активным сопротивлением обладают лампы накаливания, резисторы, нагревательные приборы
13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415
u = Um sin
· t
где u – мгновенное значение напр-я;
Um– амплитудное значение напр-я

· t – фаза напряжения.

13 EMBED PBrush 1415
Напряжение и ток совпадают по фазе (
· = 0).

Закон Ома для цепи с r: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Активная мощность: Р = U I =I2 r = U2/ r.
[ P ] = Вт (ватт).


Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Цепь с индуктивностью

Электрические машины переменного тока, трансформаторы, электромагниты, реле, контакторы имеют обмотки (катушки)
13 EMBED PBrush 1415

В цепи с индуктивностью напряжение опережает ток по фазе на 90є

Произведение
· L имеет размерность сопротивления (Ом), называется реактивным сопротивлением индуктивности или индуктивным сопротивлением ХL.

Индуктивное сопротивление характеризует влияние ЭДС самоиндукции на ток в цепи и прямо пропорционально частоте переменного тока.

Мгновенная мощность цепи с индуктивностью изменяется по синусоиде с двойной частотой: два раза в течение периода тока, достигая положительного максимума U I, и два раза – такого же по величине отрицательного.


Максимальное значение мощности в цепи с индуктивностью называется реактивной мощностью QL.

13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Для постоянного тока f = 0 и XL = 0.





Цепь с индуктивностью то потребляет энергию, то отдает ее в таком же количестве источнику. Среднее значение мощности за один период переменного тока равно нулю.
Через катушку протекает переменный ток, называемый реактивным.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415;
[ QL ] = В А = вар (вольт-ампер реактивный.


Цепь с емкостью. В электрическую цепь включен конденсатор емкостью С.
13 EMBED PBrush 1415
В первую и третью четверти периода конденсатор заряжается и в цепи возникает зарядный ток. Во вторую и четвертую четверти периода конденсатор разряжается и в цепи возникает разрядный ток.


13 EMBED PBrush 1415

Ток достигает максимума в те моменты времени, когда напряжение равно нулю. При максимальном напряжении ток прекращается

Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии

В цепи с емкостью ток опережает по фазе напряжение на 90є.



Значение 1/
· С имеет размерность сопротивления (Ом) и называется реактивным сопротивлением емкости или емкостным сопротивлением ХС.





При постоянном напряжении ток в цепи с емкостью равен нулю.

Мгновенная мощность изменяется по синусоидальному закону с двойной частотой. Амплитудное значение такой мощности равно U I, а среднее значение за период–нулю.
Амплитудное значение мощности в цепи с емкостью называется реактивной мощностью QC.
13 EMBED PBrush 1415
Закон Ома для цепи с емкостью:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где С- емкость конденсатора, Ф;

· – угловая частота, рад/с.
Если емкость конденсатора выразить в микрофарадах, то сопротивление
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Для постоянного тока f = 0 и XС = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Реактивная мощность QC характеризует скорость обмена энергией между генератором и цепью с емкостью.



Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью.
Реальная катушка любого электротехнического устройства имеет два параметра: активное сопротивление r и индуктивность L.


Полная мощность – характерная величина генераторов, трансформаторов и других электрических устройств.




u = ua + uL,
где ua – активное напряжение;
uL – реактивное напряжение.
ua = I r; uL = I XL.
Напряжение на зажимах катушки:
U=13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Ток в цепи: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415=13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Полное сопротивление цепи:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Активная мощность цепи:
P = Ua I = I2 r = U I cos
·.
Реактивная мощность цепи:
QL = UL I = I2 XL = U I sin
·.
Полная мощность S = U I; [S] = B A.


Определения.
Форму
·/°лировки
Формулы. Графики. Комментарии


Цепь с активным сопротивлением и емкостью.
Любой конденсатор обладает потерями, т.е. активной мощностью Р. Поэтому реальный конденсатор можно представить схемой последовательного соединения активного сопротивления r и емкостного сопротивления XC.



U = Ua + Uс,
Ua = I r;
Uс = I Xc = I / (
· C).
Полное сопротивление цепи:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Ток в цепи: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415=13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Активная мощность цепи:
P = Ua I = I2 r = U I cos
·.
Реактивная мощность цепи:
QC = UC I = I2 XC = U I sin
·.
Полная мощность S = U I = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Цепь с активным сопротивлением индуктивностью и емкостью.

Если в неразветвленной цепи с активным сопротивлением r, индуктивностью L и емкостью C протекает синусоидальный ток
i = Im sin
·t, то мгновенное значение приложенного к цепи напряжения
u = ua + uL + uC. Напряжение на активном сопротивлении ua совпадает по фазе с током в цепи i, напряжение на индуктивности uL опережает ток на 90є, а напряжение на емкости uC отстает от тока на 90є.



















Действующие значения напряжений на участках цепи: U = Ua + UL + Uс.
Ua = I r; UL = I XL; Uс = I Xc.
Векторная диаграмма для цепи с активно-индуктивным характером (ХL > XC)

UL > UC, а напряжение опережает по фазе ток на угол
·.

Векторная диаграмма для цеп с активно-емкостным характером (ХL < XC)

UL < UC, а напряжение U отстает по фазе от тока I на угол
·.

Полное сопротивление цепи:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Ток в цепи: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415=13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Активная мощность цепи:
P = Ua I = I2 r = U I cos
·,
где cos
· = Ua/ U=r / z.
Реактивная мощность цепи:
Q = (UL – UC) I= I2 (XL – XC) = U I sin
·.
Полная мощность S = U I = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.



Между катушкой индуктивности и конденсатором происходит обмен энергией, при этом в колебательном контуре возникает переменный синусоидальный ток определенной частоты. Такие колебания тока ( и напряжения) в контуре называют незатухающими собственными колебаниями.

Угловая частота незатухающих собственных колебаний
f0 = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415


Резонанс напряжений возникает в цепи, состоящей из активного сопротивления, индуктивности и емкости, при равенстве ее реактивных сопротивлений ХL = XC





Полное сопротивление цепи павно активному сопротивлению
При равенстве реактивных сопротивлений
ХL = XC равны и реактивные мощности/

При резонансе напряжений между индуктивностью и емкостью происходит полный обмен энергиями. Энергия магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля конденсатора и наоборот.
Источник переменного напряжения не участвует в обмене и доставляет энергию лишь активному сопротивлению цепи r.











Полное сопротивление цепи при резонансе
13 EMBED Equation.DSMT4 1415=r.
Q = QL – QC = 0.

Резонанс напряжений широко используется в радиотехнике.
В электроэнергетических устройствах резонанс напряжений применяется редко. Высокие напряжения на индуктивности и емкости при резонансе, значительно превышающие напряжение на зажимах цепи, представляют серьезную опасность для изоляции и обслуживающего персонала.





1.12 Разветвленные цепи переменного тока

Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Параллельное соединение приемников (двигателей, осветительных устройств, бытовых приборов) находит широкое применение.


Все приемники при параллельном соединении включаются в общую сеть переменного тока с определенным напряжением U.



Цепь с двумя параллельно соединенными катушками индуктивности.


















Ток первой катушки I1 отстает по фазе от напряжения U на угол
·1.
Ток второй катушки I2 отстает по фазе от напряжения U на угол
·2.


Для нахождения тока всей цепи нужно сначала определить активные и реактивные составляющие токов в параллельных ветвях, затем активную и реактивную составляющие тока всей цепи.

Токи в параллельных ветвях:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Активные составляющие токов I1 и I2
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Активная составляющая тока всей цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Реактивные составляющие токов I1 и I2
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Ток всей цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Активная мощность цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Реактивная мощность цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Полная мощность 13 EMBED Equation.DSMT4 1415

13 EMBED Equation.DSMT4 1415




Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Цепь с параллельным соединением катушки и конденсатора













Токи в параллельных ветвях:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Активная составляющая тока всей цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Реактивная составляющая тока всей цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Ток в неразветвленной части цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415


Резонанс токов.
При параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора при равенстве составляющих токов IР1 = IР2 возникает резонанс токов.













Активные составляющие токов в параллельных ветвях 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 совпадают по фазе с напряжением U, а реактивные IР1 и IР2, сдвинутые на 180є, полностью компенсируют друг друга.

Общий ток цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Реактивные мощности
QL = QC.

Реактивная мощность всей цепи
Q = QL – QC= 0.

От источника питания к контуру поступает только активная энергия.
Резонанс токов широко используется в радиотехнических цепях ( устройствах автоматики, телемеханики и связи).
Использование резонанса токов позволяет улучшить коэффициент мощности электрических установок промышленных предприятий.


Электрическая энергия, израсходованная в цепи переменного тока за время t, называется активной 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Произведение реактивной мощности Q и времени t называется реактивной энергией13 EMBED Equation.DSMT4 1415, а отношение активной мощности приемника энергии к полной – коэффициентом мощности.

cos
· = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
В общем случае активная мощность меньше полной, поэтому cos
· < 1. И только при активной нагрузке, когда вся мощность является активной (Р=S), cos
· = 1.

1.13 Выражение синусоидальных величин комплексными числами

Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии

Синусоидальные величины можно изображать комплексными числами: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, а их модули: I,U,E.
Комплексное изображение синусоидальной величины определяет ее действующее (амплитудное) значение и начальную фазу.




Цепь с последовательным соединением активного сопротивления и индуктивности.
Комплекс тока
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где I – модуль комплекса тока;
0є - начальная фаза тока.

Комплекс напряжения на зажимах цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где U – модуль комплекса напряжения;

· – начальная фаза.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415


Цепь с последовательным соединением активного сопротивления и емкости.
Комплекс тока
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Комплекс напряжения на зажимах цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Цепь с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости.

Комплекс тока
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Комплекс напряжения на зажимах цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
При этом
· > 0, если UL> UC,
· < 0, UL < UC.



Для определения мощности в комплексной форме необходимо комплекс напряжения 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 умножить на сопряженный комплекс тока 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415, 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Действительная часть полученного комплекса равна активной мощности, а мнимая – реактивной.



Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Закон Ома в комплексной форме.


Комплексное эквивалентное сопротивление неразветвленной цепи равно сумме всех ее комплексных сопротивлений

Комплексная эквивалентная проводимость при параллельном соединении равна сумме ее комплексных проводимостей отдельных параллельных ветвей.


13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415- комплексное эквивалентное сопротивление.
Комплексное эквивалентное сопротивление неразветвленной цепи
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Комплексная эквивалентная проводимость при параллельном соединении
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Комплексное сопротивление эквивалентное двум параллельным ветвям
13 EMBED Equation.DSMT4 1415



Первый закон Кирхгофа в комплексной форме: алгебраическая сумма комплексных токов, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю.
Токи, направленные к узлу, записываются с положительным знаком, а от узла – с отрицательным.


13 EMBED Equation.DSMT4 1415








Для узла А (рис.1) 13 EMBED Equation.DSMT4 1415



Второй закон Кирхгофа в комплексной форме: алгебраическая сумма действующих в контуре ЭДС равна алгебраической сумме комплексных падений напряжений.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

Для схемы (рис1) по второму закону Кирхгофа
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.







1.14 Трехфазные цепи переменного тока

Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Производство, передача и распределение электроэнергии осуществляется в основном посредством трехфазных систем переменного тока.


Достоинства трехфазной системы по сравнению с однофазной: простое устройство, относительная дешевизна, высокая надежность в эксплуатации трехфазных генераторов, трансформаторов и двигателей, более экономичная передача энергии на расстояние.



Трехфазный генератор состоит из двух основных частей: статора и ротора. На статоре расположены три одинаковые обмотки, смещенные одна относительно другой на 120є (рис.1)
Начала обмоток обозначают А,В,С а концы – X,Y,Z.
Подвижная часть генератора – ротор – является электромагнитом.
При вращении ротора будет вращаться и его магнитный поток. В результате этого в каждой обмотке статора наведется синусоидальная ЭДС амплитуды Еm и частоты f, сдвинутая по фазе относительно ЭДС соседней обмотки на 120є.




Система трех переменных ЭДС одной амплитуды и частоты, сдвинутых по фазе на120є, называется трехфазной симметричной системой ЭДС.

На рис.2,а показаны графики, а на рис.2,б – векторная диаграмма трехфазной симметричной системы ЭДС.








Если к обмоткам генератора присоединить нагрузки сопротивлением 13 EMBED Equation.DSMT4 1415(рис.1), то в результате образуются три самостоятельные электрические цепи с токами 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Каждуюю из них называют фазой.



Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Систему трех однофазных цепей, в которых действуют ЭДС одной частоты, сдвинутые по фазе на 120є, называют трехфазной электрической цепью.

Различают симметричный и несимметричный режимы работы трехфазной цепи.


Основное свойство симметричных трехфазных систем синусоидальных величин - алгебраическая сумма их мгновенных значений в любой момент времени равна нулю, также равна нулю и сумма комплексов, изображающих эти величины.

еА + еВ + еС = 0 и ЕА + ЕВ + ЕС = 0,

iА + iВ + iС = 0 и IА + IВ + IС = 0.



Соединение обмоток трехфазного генератора звездой.

При соединении обмоток звездой их
концы X,Y,Z соединяют в одну точку N,
называемую нейтралью генератора.
От точки N к потребителям энергии прокладывают нейтральный провод, а также три линейных провода, которые соединяют с началами обмоток А,В,С.
Такая система называется звездой с нейтральным проводом.

Напряжения между линейными и нейтральными проводами называют фазными напряжениями и обозначают UА, UВ, UС (Uф).
Напряжения между линейными проводами называют линейными напряжениями и обозначают UАВ, UВС, UСА (Uл).












При соединении обмоток генератора звездой линейное напряжение больше фазного в 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 раз:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.


Соединение обмоток трехфазного генератора треугольником.

Для сединения треугольником конец первой обмотки X соединяют с началом второй В, конец второй Y – с начало третьей С, и конец третьей Z с началом первой А. От начала каждой обмотки А,В,С к потребителям энергии прокладывают линейный провод,при этом нейтральный провод отсутствует (трехпроводная электрически связанная трехфазная система).








Линейное напряжение является и

Линейное напряжение является и фазным:

UЛ = Uф.


Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Соединение приемников энергии звездой.

Ток , напряжение и мощность каждой фазы приемника называются фазными(IА, IВ, IС).
Токи в линейных проводах называются линейными.

При соединении звездой фазы фазы приемника энергии должны быть рассчитаны на напряжение 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.





















13 EMBED Equation.DSMT4 1415; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
При несимметричной нагрузке:
Р = РА + РВ + РС
РА = UA IA cos
·;
РВ = UВ IВ cos
·;
РС = UС IС cos
·.
При симметричной нагрузке:
Р = РА = РВ = РС = РФ = UФ IФ cos
·;
Р = 3 РФ = 3UФ IФ cos
·;
Р = 3UФ IФ cos
· = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415UЛ IЛ cos
·.


Соединение приемников энергии треугольником.

Если номинальное напряжение каждой фазы приемника равно линейному напряжению генератора, применяют соединение треугольником.
При соединении треугольником нейтральный провод не требуется.

При соединении треугольником каждая фаза приемника находится под линейным напряжением.

При симметричной нагрузке фаз приемника, соединенного треугольником, линейный ток больше фазного в 13 EMBED Equation.DSMT4 1415раз.
















13 EMBED Equation.DSMT4 1415- сопротивления фаз приемника;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415- фазные токи;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415- линейные токи.
Uф= UЛ; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
При несимметричной нагрузке:
Р = РАВ + РВС + РСА;
РАВ = UAВ IAВ cos
·АВ; РВС = UВС IВС cos
·ВС;
РСА = UСА IСА cos
·СА.
При симметричной нагрузке:
Р = РАВ = РВС = РСА = РФ = UФ IФ cos
·;
Р = 3 РФ = 3UФ IФ cos
·;
Р = 3UФ IФ cos
· = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415UЛ IЛ cos
·.

1.15 Трансформаторы

Определения.
Формулировки
Формулы. Графики. Комментарии


Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.











Отношении ЭДС, равное отношению чисел витков обмоток, называется коэффициентом трансформации трансформатора








Отдаваемая трансформатором мощность Р2 меньше подводимой Р1, т.к часть ее теряется в трансформаторе при его работе
Потери в трансформаторе складываются из потерь в стали РС и потерь в меди РМ

Отношение токов первичной и вторичной обмоток приближенно равно коэффициенту трансформации, поэтому ток I2 во столько раз увеличивается (уменьшается), во столько раз уменьшается (увеличивается) U2.


Простейший однофазный трансформатор состоит из двух катушек - первичной с числом витков
·1 и вторичной с числом витков
·2, насаженный на стальной сердечник – магнитопровод.

Работа трансформатора основана на явлении взаимоиндукции. Под действием приложенного к первичной обмотке напряжения U1 по ее виткам проходит переменный ток I1. В результате в сердечнике возникает переменный магнитный поток Ф, пронизывающий обе обмотки трансформатора и индуцирующий в них ЭДС Е1 и Е2.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Пренебрегая незначительным падением напряжения в обмотках, отношение ЭДС можно заменить отношением напряжений:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Различают повышающие трансформаторы
(
·2>
·1; k<1 U2>U1) и понижающие трансформаторы (
·2<
·1;k >1 U2 < U1).

КПД трансформатора:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
КПД трансформатора зависит от нагрузки и достигает 98 – 99%.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
13 EMBED Equation.DSMT4 1415.



Вопросы для самопроверки

Почему одни материалы являются проводниками, а другие диэлектриками?
Приведите примеры проводников и диэлектриков.
Сформулируйте закон Кулона?
Что такое напряженность электрического поля?
Как графически изображают электрическое поле?
Чему равна напряженность электрического поля внутри проводника?
Что такое диэлектрическая проницаемость?
Что такое разность потенциалов? В каких единицах она измеряется?
Чему равна емкость удлиненного проводника?
Как устроен конденсатор?
По какой формуле вычисляется емкость плоского конденсатора?
Как надо соединить конденсаторы, чтобы их общая емкость увеличилась? Уменьшилась?
Как вычислить общую емкость конденсаторов при параллельном соединении?
Как вычислить общую емкость конденсаторов при последовательном соединении?
Что такое электрический ток?
Что такое сила и плотность тока? В каких единицах она измеряется?
Какова причина электрического сопротивления?
В каких единицах измеряется сопротивление?
От чего зависит сопротивление проводника?
Что такое удельное сопротивление?
Что такое проводимость и удельная проводимость?
Какой формулой описывается зависимость сопротивления проводников от температуры?
Чему равно общее сопротивление последовательно соединенных проводников?
Чему равно общее сопротивление параллельно соединенных проводников?
Запишите формулы для вычисления работы и мощности электрического тока?
Сформулируйте закон Джоуля – Ленца.
Что такое потеря напряжения в линии?
Как влияет напряжение в линии электропередачи на потери мощности в проводах?
Что такое ЭДС источника тока?
Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи.
Сформулируйте первое правило Кирхгофа.
Сформулируйте второе правило Кирхгофа.
Сформулируйте правило знаков при использовании правил Кирхгофа.
Что такое «ветвь» и «узел»?
Что такое шунтирование?
Как взаимодействуют полюсы магнитов?
Какой величиной характеризуется магнитное поле?
Как графически изображается магнитное поле?
Сформулируйте правило буравчика.
Запишите закон Ампера.
Сформулируйте правило левой руки.
Что такое сила Лоренца? Чему она равна?
Какие материалы называются диамагнетиками? Парамагнетиками? Ферромагнетиками?
Что такое магнитная проницаемость?
Что такое остаточная намагниченность?
Что такое коэрцитивная сила?
Изобразите петлю гистерезиса?
Запишите закон электромагнитной индукции.
Сформулируйте правило Ленца.
В чем состоит явление самоиндукции?
По какой формуле вычисляется ЭДС самоиндукции?
В каких единицах измеряется индуктивность?
Что такое соленоид? Как вычислить его индуктивность?
Какую зависимость отображает закон полного тока?
Что такое магнитная постоянная?
Как расположены магнитные линии в поле прямолинейного проводника с током?
Что называется мгновенным и амплитудным значениями переменной величины?
Что называется периодом и частотой переменного тока?
Чем характеризуется синусоидальная величина?
Что называется начальной фазой?
В каком случае синусоидальные величины совпадают по фазе?
Что называется действующим значением переменной величины?
Что такое векторная диаграмма?
Какие сопротивления в цепи переменного тока Вам известны?
От чего зависит индуктивное сопротивление?
От каких величин зависит емкостное сопротивление?
Что такое полное сопротивление неразветвленной цепи переменного тока?
Как определяются и в каких единицах измеряются активная, реактивная и полная мощности переменного тока?
Начертите векторную диаграмму для неразветвленной цепи с R, XL > XC.
Что такое коэффициент мощности?
При каких условиях в цепи возникает резонанс напряжений?
Как определить общий ток в разветвленной цепи переменного тока?
Каковы условия возникновения резонанса токов?
Что называется трехфазной системой переменного тока?
Начертите схему соединения обмоток генератора звездой.
Какие существуют соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами при соединении в звезду?
Начертите схему соединения обмоток генератора треугольником.
В чем заключается роль нулевого провода?
Как определяются линейные токи при равномерной и неравномерной нагрузках, соединенных треугольником?
Напишите формулы для определения активной, реактивной и полной мощностей трехфазного тока.


Элементы электрической цепи

№
Наименование
Условное
обозначение
Определение

1
Конденсатор


Устройство, состоящее из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком.

2
Переменный конденсатор




Устройство, состоящее из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, значение емкости которого может изменяться с течением времени.

3
Резистор


Устройство, имеющее сопротивление и включаемое в цепь для ограничения или регулирования тока

4
Реостат или регулируемый резистор

Устройство, включаемое в цепь для ограничения или регулирования тока, значение сопротивления которого может изменяться с течением времени.

5
Источник электр.энергии
Источник ЭДС

Электродвижущей силой (ЭДС) называется величина, численно равная энергии, получаемой внутри источника единичным электрическим зарядом

6
Электрическая лампа

Устройство, преобразующее электрическую энергию в световую

7
Катушка индуктивности



8
Выключатель однополюсный и двухполюсный

Коммутационное устройство, служащее для включения и выключения источника энергии

9
Предохранитель


Защитное устройство

10
Провод, кабель, шина

Служат для соединения элементов электрической цепи

11
Амперметр, вольтметр, ваттметр

Служат для измерения тока, напряжения, мощности соответственно.


12
Трансформатор



Устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения



 Пояснительная записка

Электротехника – область науки и техники, которая занимается изучением электрических и магнитных явлений и их использованием в практических целях.
Предмет «Теоретические основы электротехники» занимает основное место среди базовых дисциплин, определяющих уровень профессиональной подготовки обучающихся. Предметом изучения курса являются электромагнитные явления и их применение для решения проблем энергетики, электроники, автоматики, вычислительной техники, информатики и др.
Основная задача изучения курса ТОЭ состоит в изучении одной из форм материи – электромагнитного поля и его проявления в различных устройствах техники, усвоение современных методов моделирования электромагнитных процессов, методов анализа, синтеза и расчета электрических цепей, электрических и магнитных полей.
Курс ТОЭ базируется на курсах физики и математики, содержит инженерные методы расчета и анализа электромагнитных процессов, происходящих в электрических и магнитных полях и применимых к широкому классу современных электротехнических устройств.
Курс теоретической электротехники подготавливает учащихся к изучению специальных дисциплин и поэтому является одним из важнейших в подготовке техника-электрика, а также специалиста любого профиля.
Физическую основу ТОЭ составляет расчет электрических, магнитных цепей, выбор режимов работы электротехнических устройств, средств защиты и т.д., основанных на электромагнитных явлениях с целью практического применения. Основополагающими понятиями являются: электрическое, магнитное поле, электрический ток, электрическая энергия и т.д. В современной науке утвердилось представление о поле, как о физической реальности, существующей наряду с веществом.
Предлагаемое пособие имеет целью в доступной форме дать учащимся основные сведения из важнейших разделов электротехники.
В пособии в виде простых и четких схем и и формул представлен основной материал курса электротехники. Наглядное и лаконичное изложение помогает быстро усвоить необходимый материал.
Данное учебное пособие предназначено для учащихся колледжа всех технических специальностей и соответствует программе курса «Теоретические основы электротехники».
Пособие служит для успешного усвоения учебного материала, в нем приведены основные формулы, термины и схемы, что значительно облегчает решение задач. В учебном пособии имеется значительное количество вопросов, которые можно использовать для самостоятельной работы учащихся при изучении теоретического материала, при проведении коллоквиумов с целью полученных знаний и при выполнении письменных контрольных работ.
Учебное пособие может быть использовано для дневной и заочной формы обучения.

Академик С‰тпаев атындаCы Екібастaз инженерлік - техникалыK институтыныS колледжі
Екибастузский колледж инженерно - технического института
им. ак. К.И.Сатпаева













Справочник по электротехнике
(учебное пособие)



















Екибастуз 2012
Содержание


1.1 Электрическое поле. Закон Кулона 1
1.2 Электрическая емкость. Конденсаторы 2
1.3 Постоянный электрический ток. Закон Ома 3
1.4 Работа и мощность электрического тока 5
1.5 Простые электрические цепи постоянного тока 5
1.6 Магнитное поле 7
1.7 Ферромагнетизм. Магнитная цепь 8
1.8 Электромагнитная индукция 9
1.9 Основные определения, относящиеся к переменным токам 12
1.10 Фаза. Разность фаз 13
1.11 Однофазные электрические цепи 14
1.12 Разветвленные цепи переменного тока 19
1.13 Выражение синусоидальных величин комплексными числами 21
1.14 Трехфазные цепи переменного тока 23
1.15 Трансформаторы 26
Вопросы для самопроверки 27
Элементы электрической цепи 29
Список использованных источников 30

Содержание

5
1.1 Электрическое поле. Закон Кулона 5
1.2 Электрическая емкость. Конденсаторы 6
1.3 Постоянный электрический ток. Закон Ома 7
1.4 Работа и мощность электрического тока 9
1.5 Простые электрические цепи постоянного тока 9
1.6 Магнитное поле 11
1.7 Ферромагнетизм. Магнитная цепь 12
1.8 Электромагнитная индукция 13
1.9 Основные определения, относящиеся к переменным токам 16
1.10 Фаза. Разность фаз 17
1.11 Однофазные электрические цепи 18
1.12 Разветвленные цепи переменного тока 23
1.13 Выражение синусоидальных величин комплексными числами 25
1.14 Трехфазные цепи переменного тока 27
1.15 Трансформаторы 30

Список использованных источников


Частоедов Л.А. Электротехника. М.: Высшая школа, 1989 г.
Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. Энергия, 1976 г.
Китаев Е.В. Электротехника с основами электроники. Энергия, 1976 г.
Рабинович Э.А. Сборник по общей электротехнике. Энергия, 1981 г.
Касаткин А.С. Основы электротехники. М.: Высшая школа, 1986 г.
Шихин А.Я. Электротехника. Высшая школа,
1989 г.














13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415



Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeCEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native,Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native