МУ ТОЭ,ч.1. МУ ТОЭ,ч. Теоретические основы электротехники

Скачать 6.1 Mb.

Название	Теоретические основы электротехники
Анкор	МУ ТОЭ,ч.1.doc
Дата	05.05.2017
Размер	6.1 Mb.
Формат файла
Имя файла	МУ ТОЭ,ч.1.doc
Тип	Учебное пособие #8118
страница	1 из 18

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 18

Федеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина"
Кафедра теоретических основ электротехники

и электротехнологий

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Часть I
Учебное пособие для студентов – заочников

Иваново 2010

УДК 621.3

Составитель: Королёв А.Н.

Редактор Мартынов В.А.
В данном сборнике приведены краткие теоретические сведения по теории электрических цепей (ТОЭ-1), контрольные работы и методические указания по их выполнению.

Сведения из теории даны в минимальном объёме с учётом того, что при самостоятельном изучении курса студент-заочник пользуется одним из учебников по T0Э, список которых приводится в настоящих методических указаниях.

При изучении теоретической части курса рекомендуется ориентироваться на приведенный здесь же перечень разделов, тем, вопросов.

Программа курса и содержание контрольных работ ориентированы на студентов всех электротехнических специальностей.

Контрольные работы и методические указания рассмотрены и утверждены цикловой методической комиссией заочного факультета ИГЭУ.

Рецензенты:

кафедра теоретических основ электротехники и электротехнологий Ивановского государственного энергетического университета имени В.И. Ленина;

ВВЕДЕНИЕ
Теоретические основы электротехники (ТОЭ), объединяя знания соответствующих разделов физики и математики, развивают их в направлении понимания сущности работы различных электротехнических устройств и методов их расчёта. Поэтому курс ТОЭ является базой последующих специальных дисциплин студентов и основой грамотности инженеров специальностей электротехнического и электроэнергетического профиля.

Изучение курса ТОЭ студентами – заочниками в соответственной с предлагаемой методикой состоит из следующих этапов.

Самостоятельное изучение курса в соответствии с приведённой программой по одному из учебников, указанных в списке литературы. Значительное внимание в первой части курса ТОЭ уделяется характеристикам элементов и методам расчета линейных электрических цепей. Основная цель изучения методов заключается в совершенствовании навыков применения их для решения практических вопросов. При этом рекомендуется составлять конспект, записывая в нем основные законы, правила, определения, формулы, единицы измерения величин, типовые графики и векторные диаграммы, рекомендованные методики, алгоритмы расчета и др. В этом же конспекте следует приводить решения типовых задач для самоконтроля, которые могут быть взяты либо из данных методических указаний, либо из учебников или задачников. Свой конспект, если он составлен правильно, является в дальнейшей работе основным средством, как при выполнении контрольных заданий и лабораторного практикума, так и при подготовке к экзамену.
Разбор решений приведённых в методическом пособии типовых задач по отдельным темам программы курса ТОЭ.
Решение приведённых в методическом пособии контрольных задач. Решённые задачи необходимо оформить в виде контрольной работы и направить в методический кабинет в указанные сроки. Вариант контрольных задач определяется двумя последними цифрами шифра.
Выполнение лабораторного практикума, направленного на проведение экспериментального исследования электрических цепей и их элементов.
Подготовка к решению в ИГЭУ задач на компьютере.
Сдача экзамена по ТОЭ – 1. На экзамене студент должен показать знание теоретического материала и умение решать с помощью компьютера конкретные задачи, аналогичных задачам контрольных работ.

При анализе решённых задач и при решении контрольных задач по теории цепей рекомендуется придерживаться следующих правил:

1. Ясно понять условие задачи: что дано и что неизвестно,

2. Детально изучить электрическую схему цепи: сколько ветвей, узлов, контуров в схеме, как соединены между собой отдельные элементы. Подумать, нельзя ли изобразить схему проще, чтобы нагляднее были видны все соединения.

3. Проанализировать заданные параметры элементов, не приводит ли данное сочетание параметров квозникновению особых режимов (например, резонансов).

4. Продумать план решения, вспомнить, не была ли рекомендована в учебниках, задачниках, на лекциях целесообразная методика решения подобных задач. Например, последовательность действий при составлении уравнений по законам Кирхгофа, по методу контурных токов, методу узловых потенциалов и др.

5. При описании электромагнитных процессов в цепях уравнениями придерживаться существующих правил знаков.

6. При преобразовании исходной схемы целесообразно новую схему нарисовать отдельно с указанием условных положительных направлений токов в ветвях и обозначением одинаковыми символами соответственных узлов (точек). Иногда может оказаться полезным изменить начертание схемы для удобства ее анализа и наглядности способов соединения элементов.

7. В ходе решения задачи необходимо контролировать каждый шаг, анализировать его результат логически (может ли быть такое в данной цепи?), сопоставлять размерности суммируемых величин, оценивать правдоподобность численных ответов.

8. Правильность численных результатов расчета можно проверить подстановкой их в исходные уравнения. При этом следует учитывать особенности того или иного метода расчета. В методе узловых потенциалов целесообразно делать проверку рассчитанных токов по первому закону Кирхгофа, а в методе контурных токов - по второму. Во всех случаях положительный эффект дает проверка по уравнениям баланса мощностей.

1. ПРОГРАММА КУРСА ТОЭ-1
1.1. Свойства и методы расчета линейных электрических цепей при синусоидальных и постоянных напряжениях и токах

Электрическая цепь и ее элементы. Активные и пассивные двухполюсники. Линейные и нелинейные элементы.

Основные интегральные величины и понятия электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей.

Узлы и ветви электрической цепи. Законы Кирхгофа. Обобщенный закон Ома.

Источники энергии, их внешние характеристики. Представление реальных генераторов источниками тока и напряжения, их взаимные преобразования.

Закон сохранения энергии для электрической цепи. Мгновенная мощность и энергия.

Применение переменного тока в технике. Способы получения синусоидальных напряжений и токов.

Действующие значения гармонических величин.

Понятия, относящиеся к синусоидально изменяющимся величинам: фаза, начальная фаза, фазовый сдвиг, амплитуда, частота.

Комплексные величины, характеризующие установившиеся процессы в электрической цепи: комплексная амплитуда, комплекс действующего значения, комплекс мгновенного значения.

Синусоидальный ток в отдельных элементах электрической цепи.

Активные, реактивные и полные сопротивления и проводимости пассивных двухполюсников в цепи синусоидального тока. Комплексное сопротивление и проводимость.

Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме.

Энергетические процессы в цепи переменного тока. Активная энергия и реактивная энергия. Измерение энергии.

Активная, реактивная и полная мощности в цепи синусоидального тока. Измерение активной мощности.

Коэффициент мощности. Понятие о некоторых способах его увеличения.

Расчёт мощности в комплексной форме. Баланс мощностей.

Векторное изображение гармонических величин. Векторные диаграммы, основные правила их построения.

Потенциальная (топографическая) диаграмма.

Уравнения состояния электрических цепей по методу контурных токов. Последовательность расчета токов в ветвях цепи указанным методом.

Система уравнений по методу узловых потенциалов. Последовательность расчета токов в ветвях цепи данным методом.

Эквивалентные преобразования последовательно-параллельных электрических схем с источниками и без источников. Назначение указанных преобразований.

Преобразование соединения треугольником в эквивалентную звезду (и наоборот). Назначение указанных преобразований.

Метод наложения. Выражения для расчета цепи методом наложения. Смысл входных и взаимных проводимостей.

Теорема об эквивалентном источнике (активном двухполюснике). Последовательность расчета цепи методом активного двухполюсника.

Принцип взаимности в линейной электрической цепи.

Теорема о компенсации.

Оценка влияния изменения параметров на режим работы цепи. (Теорема о взаимных приращениях токов и напряжений).

Понятие об индуктивно связанных элементах цепи (цепи с взаимной индуктивностью). Разметка зажимов индуктивно связанных катушек.

Методы расчета электрических цепей с взаимными индуктивностями.

Трансформатор без ферромагнитного сердечника (линейный или "воздушный"). Уравнения и векторная диаграмма трансформатора.

Идеальный трансформатор.

Особенности уравнения баланса мощностей в цепях с взаимными индуктивностями.

Резонанс при последовательном соединении элементов цепи. Колебания энергии при резонансе. Частотные характеристики цепи и резонансные кривые.

Резонанс при параллельном соединении элементов цепи. Колебания энергии при резонансе. Частотные характеристики цепи и резонансные кривые.

Резонансы в сложных цепях. Общие условия резонанса.

Частотные характеристики чисто реактивных двухполюсников.

Условие передачи максимальной мощности от активного двухполюсника к пассивному на постоянном токе.

Условие передачи максимальной мощности от активного двухполюсника к пассивному на переменном токе.

Передача анергии по двухпроводной линии постоянного тока. Экономичность высоких напряжений при передаче электроэнергии на дальше расстояния.

Понятие о падении и потере напряжения в линии переменного тока.

1.2. Четырехполюсники

Уравнения линейного пассивного четырехполюсника. Коэффициенты четырехполюсника, связь между ними и способы их определения.

Передаточная функция четырехполюсника, входное сопротивление при произвольной нагрузке, КПД.

Эквивалентные схемы четырехполюсника.

1.3. Понятие о матричных методах расчета электрических цепей

Граф электрической цепи и его подграфы: ветвь, узел, путь, контур, дерево, сечение. Проиллюстрировать все понятия на примере.

Топологические матрицы графа: матрица соединений (узловая), матрица сечений, матрица контуров. Записать все указанные матрицы для конкретного графа.

Первый и второй законы Кирхгофа в матричной форме записи. Обобщенный закон Ома.

Соотношения между топологическими матрицами.

Уравнения состояния электрической цепи для узловых потенциалов в матричной форме.

Матричные уравнения электрической цепи с напряжениями ветвей дерева.

Матричные уравнения для контурных токов.

1.4. Многофазные цепи

Виды многофазных, систем. Симметрия и уравновешенность многофазной системы.

Краткая история развития техники трехфазного тока. Преимущества трехфазных систем. Работы М.О. Доливо-Добровольского.

Трехфазный симметричный генератор.

Соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями при симметрии и несимметрии трехфазной системы, при соединении звездой и треугольником.

Расчет симметричных трехфазных цепей.

Расчет несимметричного режима трехфазной цепи при соединении фаз приемника звездой с нейтральным проводом в двух случаях:

а) нейтральный провод обладает сопротивлением;

б) сопротивление нейтрального провода равно нулю.

Расчет несимметричных режимов трехфазной цепи при соединении приемника звездой без нейтрального провода, полагая заданной:

а) систему фазных ЭДС;

б) систему линейных напряжений.

Случаи обрыва и короткого замыкания фаз нагрузки. Смещение нейтрали.

Расчет несимметричных режимов трехфазной цепи при соединении фаз приемника треугольником с различением двух случаев:

а) линейные провода обладают сопротивлениями;

б) сопротивления проводов равны нулю.

Случаи обрыва линейных и фазных проводов.

Простейшие фазоуказатели, их схемы и принцип работы.

Резонансные режимы в трехфазной цепи.

Мощности в трехфазной цепи.

Способы измерения мощности в трехфазной цепи.

Вращающееся магнитное поле трехфазной и двухфазной систем неподвижных обмоток.

Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей.

Основные понятия и уравнения метода симметричных составляющих.

Свойства токов и напряжений различных последовательностей при различных соединениях трехфазной цепи.

Сопротивления трехфазной цепи для токов различных последовательностей.

Применение метода симметричных составляющих для расчета несимметричных коротких замыканий ("поперечная" несимметрия).

Применение метода симметричных составляющих для случая "продольной" несимметрии.

Выражение мощности трехфазной цепи через симметричные составляющие токов и напряжений.
1.5. Свойства и методы расчета линейных электрических цепей при несинусоидальных периодических напряжениях и токах

Несинусоидальные периодические напряжения и токи в технике. Представление их в виде ряда Фурье.

Действующие и средние значения несинусоидальных величин.

Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых (коэффициенты амплитуды, формы, искажения, гармоник).

Метод расчета линейных электрических цепей с несинусоидальными источниками.

Влияние отдельных элементов цепи на форму кривой тока.

Мощность при несинусоидальных токах и напряжениях.

Особенности измерения негармонических токов и напряжений.

Резонансы в линейных электрических цепях при несинусоидальных источниках.

Высшие гармоники в трехфазных цепях при различных схемах соединения фаз генератора и приемника.

Порядок чередования фаз отдельных гармоник.

Несинусоидальные кривые с периодической огибающей. Биения и модуляция.
2. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование элементов электрических цепей.

2. Основные законы и методы расчета линейных электрических цепей.

3. Последовательное соединение активных и реактивных элементов цепи переменного синусоидального тока.

4. Параллельное соединение активных и реактивных элементов цепи переменного синусоидального тока.

5. Электрические цели с взаимной индуктивностью.

6. Исследование трехфазной цепи при соединении треугольником.

7. Исследование трехфазной цепи при соединении звездой.

8. Исследование электрических цепей при несинусоидальных токах и напряжениях.

В зависимости от времени, отведенного на лабораторный практикум, отдельные работы могут выполняться либо по сокращенной программе, либо по расширенной (с элементами учебно-исследовательских заданий).
3.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Основы теории цепей /Г.В. Зевеке, П.А. Ионкии, А.В. Нетушил,

С.В. Страхов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, -528 с.

2. Теоретические основы электротехники: Учебник для ВУЗов/ К.С. Демирчан и др. – 4-е изд. доп. для самостоятельного изучения курса. – СПб: т.1 – 2006 - 463с.

3.Теоретические основы электротехники: Учебник для ВУЗов/ К.С. Демирчан и др. – 4-е изд. доп. для самостоятельного изучения курса. – СПб: т.2 – 2006 - 576с.

4. Теоретические основы электротехники: Учебник для ВУЗов/ К.С. Демирчан и др. – 4-е изд. доп. для самостоятельного изучения курса. – СПб: т.3 – 2006 - 377с.

5. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник, 10-е изд. -М., 2002. -638 с.

6. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники /Под ред. проф. П.А. Ионкина. - М.: Энергоатомиздат, 1982. -768 с.

7. Сборник задач по ТОЭ /Под ред. Л.А. Бессонова. - М.: Высш. шк., 1988. -544 с.

8. Кромова Н.А. Основы анализа и расчета линейных электрических цепей: Учеб. пособие /ИГЭУ.- Иваново, 1999.-360с.

9. Голубев А.Н. Теория линейных и нелинейных цепей. Курс лекций / ИГЭУ.-Иваново, 2003.-328с.

10. Методические указания к лабораторным работам по курсу ТОЭ 1/ Королёв А.Н., Кромова Н.А., Овчинникова Н.Н.,. -Иваново, 2003-76с.
Примечание: В спискелитературы указаны одно из изданий учебников и учебных пособий, однако для изучения теории цепей можно использовать публикации указанных авторов и более ранних лет издания.
4. УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
Учебное пособие и контрольные работы по ТОЭ – 1 охватывают следующие основные темы.

Основные понятия переменного и постоянного тока.
Элементы электрических цепей и их характеристики при постоянном и переменном токе.
Свойства и характеристики электрических цепей.
Основные законы и методы расчета электрических цепей.
Цепи с взаимной индуктивностью.
Четырёхполюсники и их характеристики.
Трёхфазные электрические цепи.
Несинусоидальные токи в электрических цепях.

Основные понятия, используемые в перечисленных темах, приведены в виде кратких теоретических сведений, которые могут быть расширены с помощью литературы, приведённой в списке. Далее даются типовые задачи с развёрнутым решением, которое должно быть детально изучено, после чего необходимо решить контрольные задачи, оформить их в виде контрольных работ и направить в методический кабинет. Детальное изучение задач в контрольных работах необходимо для решения задач, соответствующих приведённым в учебном пособии, в ИГЭУ во время экзамена.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 18