Предисловие

Дисциплина «Теоретические основы электротехники» изучается студентами по специальностям 110302 – электрификация и автоматизация сельского хозяйства и 140106 – энергообеспечение предприятий в течение 3, 4 и 5 семестров. Она является теоретической базой для изучения последующих специальных дисциплин.

Конспект лекций по этой дисциплине состоит из трех частей.

В первую часть входят следующие разделы:

1.1. Линейные электрические цепи постоянного тока;

1.2. Нелинейные цепи постоянного тока;

1.3. Однофазные цепи синусоидального тока.

Вторая часть:

2.1. Индуктивно связанные электрические цепи;

2.2. Четырехполюсники;

2.3. Трехфазные цепи;

2.4. Несинусоидальные токи в линейных цепях;

2.5. Магнитные цепи.

Третья часть:

3.1. Нелинейные цепи переменного тока;

3.2. Переходные процессы в электрических цепях;

3.3. Электрические цепи с распределенными параметрами.

Каждая часть дисциплины изучается студентами в течение одного семестра на кафедре Электротехники и электроснабжения модульным методом.

«Модулем» изучаемой дисциплины называется раздел этой дисциплины. Например, в третьем семестре изучаются три модуля, названия которых совпадают с названиями трех разделов первой части конспекта лекций.

По каждому модулю кафедрой изданы методические пособия, которые содержат:

1. типовые задачи и примеры их решения;

2. индивидуальные задания (одно или два);

3. методические указания к лабораторным работам;

4. вопросы для самопроверки.

На первом занятии по ТОЭ группа студентов делится на 8 бригад по числу лабораторных стендов в лаборатории, за каждым студентом закрепляется на семестр шифр, по которому он выбирает исходные данные для индивидуального задания.

После выполнения индивидуального задания студенты делают лабораторную работу на универсальных стендах фронтальным способом. Модуль завершается письменной контрольной работой.

Наличие полноценного конспекта лекций поможет студенту более глубоко изучить материал по каждому модулю и успешно справиться с выполнением индивидуальных заданий и лабораторных работ. Особенно необходимым и полезным будет конспект лекций для студентов-заочников, для которых самостоятельное изучение этой дисциплины представляет большую трудность.

Конспект лекций по ТОЭ разработан опытным педагогом, доктором технических наук, профессором Федором Дмитриевичем Косоуховым, читающим лекции по этой дисциплине на кафедре Теоретической и общей электротехники ЛСХИ, а теперь на кафедре Электротехники и электроснабжения СПбГАУ более 40 лет.

Кандидат технических наук,

доцент В.Ф. Петров

Введение

Широкое применение электрической энергии объясняется её ценными свойствами:

1. Электрическая энергия легко преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, лучистую, химическую).

2. Электроэнергию можно передавать практически на любое расстояние.

3. Её можно легко дробить на любые части (мощность электроприёмников может быть от долей ватта до тысяч киловатт).

4. Процессы генерирования, передачи и потребления электроэнергии можно просто и эффективно автоматизировать.

5. Использование электрической энергии способствует созданию комфортных условий труда и быта.

Единственным недостатком электрической энергии является отсутствие «склада готовой продукции». Запасы электроэнергии в аккумуляторах, гальванических элементах и конденсаторах возможны лишь для работы сравнительно маломощных установок, причём сроки хранения этих запасов ограничены. Поэтому электроэнергия должна быть произведена тогда и в таком количестве, когда и в каком количестве её требует потребитель.

Электрическая энергия – это энергия электромагнитного поля, являющегося видом материи. Электромагнитное поле имеет две составляющие – электрическое и магнитное поля. Генерирование, передача, преобразование и потребление электрической энергии возможны лишь при наличии электрического и магнитного полей, т. е. при существовании электромагнитного поля.

Первое обстоятельное научное сочинение о магнитных и электрических явлениях, принадлежащее Гильберту, вышло в 1600 году. В этом труде Гильберт пришёл, однако, к неправильному заключению, что электрические и магнитные явления не имеют между собой связи.

Первые труды в области электричества в России принадлежат гениальному русскому учёному академику М.В. Ломоносову. Он развивал и отстаивал в своих трудах учение о познаваемости и о материальности мира, в частности, о материальности электричества.

Количественные соотношения, характеризующие механические взаимодействия электрически заряженных тел и механические взаимодействия «магнитных масс» полюсов магнита, первым опубликовал в 1785 г. Кулон. Он обратил внимание на существенное различие между «магнитными полюсами» и электрическими зарядами.

Раскрытие действительной природы магнитных явлений относится к началу XIX столетия. Этот период знаменуется рядом замечательных открытий, установивших тесную связь между явлениями электрическими и явлениями магнитными и заложивших фундамент «Теоретических основ электротехники» (см. в Приложении хронологию важнейших открытий и изобретений в области электротехники).

Фундаментом электротехнического образования является курс «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ), базирующийся на курсах физики, высшей математики и теоретической механики. В свою очередь, на курсе ТОЭ базируются профилирующие дисциплины специальностей 3114 – электрификация и автоматизация сельского хозяйства и 1016 – энергообеспечение предприятий.

Задачами курса ТОЭ являются изучение электромагнитных явлений и процессов преобразования электрической энергии и методов расчёта электрических цепей и электромагнитных полей.