- •Зм 2. Електричні кола змінного струму 54
- •Зм 3. Трифазні електричні системи 98
- •Зм 4. Перехідні процеси в електричних колах 121
- •Зм 5. Магнітні кола 136
- •Зм 6. Трансформатори 153
- •Зм 7. Електричні машини 177
- •Додаток 236
- •Список рекомендованої літератури 239 Передмова
- •Електротехніка Вступ
- •Зм 1. Електричні кола постійного струму
- •1.1. Елементи і режими роботи електричних кіл.
- •1.1.1. Закон Ома для ділянки кола.
- •1 .1.2. Напруга на клемах джерела.
- •1.1.3. Енергетичні співвідношення. Закон Джоуля–Ленца.
- •1.1.4. Режими роботи електричних кіл.
- •1.1.5. Точки характерних режимів на зовнішній характеристиці джерела.
- •1.1.6. Способи з’єднання споживачів
- •1.1.7. З’єднання гальванічних елементів живлення.
- •1.1.7.1. Послідовне з’єднання гальванічних елементів.
- •1 .1.7.2. Паралельне з’єднання гальванічних елементів.
- •1.1.7.3. Змішане з’єднання гальванічних елементів.
- •1.2. Розрахунок електричних кіл постійного струму.
- •1.2.1. Розрахунок простих кіл електричного струму.
- •1.2.2. Перетворення трикутника опорів в еквівалентну зірку.
- •1.2.3. Закони Кірхгофа.
- •1.2.4. Розрахунок складних кіл постійного струму.
- •1.2.4.1. Безпосереднє використання законів Кірхгофа для розрахунку складних кіл.
- •1.2.4.2. Метод контурних струмів.
- •1.2.4.3. Метод вузлових напруг.
- •1.2.4.4. Метод еквівалентного генератора.
- •1.2.4.5. Метод суперпозиції.
- •1.3. Нелінійні опори в колах постійного струму.
- •1.3.1. Коло з двома послідовними нелінійними опорами.
- •1.3.2. Коло з двома паралельними нелінійними опорами.
- •1.3.3. Змішане з’єднання нелінійних опорів.
- •1.3.4. Приклад розрахунку схеми стабілізації струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 2. Електричні кола змінного струму
- •2.1. Основні поняття.
- •2.2. Синусоїдальні змінні струми.
- •2.2.1. Діюче (ефективне, середньоквадратичне) значення.
- •2.2.2. Середнє значення змінного струму.
- •2.2.3. Потужність синусоїдального змінного струму.
- •2.2.4. Зображення синусоїдальних величин векторами, що обертаються.
- •2.2.4.1. Вектори, що обертаються.
- •2.2.4.2. Додавання синусоїдальних величин.
- •2.2.4.3. Векторні діаграми.
- •2.3. Елементи кіл змінного струму
- •2 .3.1. Активний опір на змінному струмі.
- •2.3.2. Індуктивність на змінному струмі.
- •2.3.3. Конденсатор на змінному струмі.
- •2.3.4. Послідовне з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2 .3.5. Паралельне з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2.3.6. Еквівалентний перехід від послідовної схеми до паралельної.
- •2.3.7. Змішане з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2.4. Символічний метод розрахунку кіл синусоїдального струму.
- •2.4.1. Комплексні числа. Форми представлення та основні операції.
- •2.4.2. Уявлення параметрів електричного змінного струму через комплексні числа
- •2.4.3. Активна, реактивна і повна потужність.
- •2.4.4. Розрахунок складних кіл змінного струму.
- •2.4.5. Значення cos .
- •2.4.6. Фазоперетворювач.
- •2.5. Резонансні явища в електричних колах змінного струму.
- •2.5.1. Резонанс в послідовному колі.
- •2 .5.2. Резонанс при паралельному з’єднанні елементів.
- •2.5.3. Резонанс при змішаному з’єднанні елементів
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 3. Трифазні електричні системи Вступ
- •3 .1. Устрій генератора трифазного струму
- •3.2. З’єднання джерела і навантажень
- •3.2.1. Незв’язана система трифазних струмів
- •3.2.2. З’єднання «зіркою» в трифазних колах.
- •3 .2.2.1. Чотирипровідна система.
- •3 .2.2.2. Трипровідна система.
- •3.2.2.3. Потужність трифазного кола при з’єднанні «зіркою».
- •3.2.3. Розрахунок трифазного кола при з’єднанні зіркою.
- •3.2.3.1. Трипровідна система з симетричним навантаженням.
- •3.2.3.2. Чотирипровідна система при несиметричному навантаженні.
- •3.2.4. Методика розрахунку з використанням комплексних чисел.
- •З’єднання «трикутником» в трифазних колах.
- •3.2.5.1. З’єднання обмоток генератора за схемою «трикутник».
- •3.2.5.2. З’єднання споживачів за схемою «трикутник».
- •3.2.5.3. Фазні і лінійні струми при з’єднанні «трикутником».
- •3.2.5.4. Потужність трифазного кола при з’єднанні навантажень «трикутником».
- •3.2.6. Комбінації з’єднань джерела і споживачів у трифазних системах.
- •3.2.6.1. З’єднання «зірка – зірка»
- •3.2.6.2. З’єднання «зірка – трикутник»
- •3.2.6.3. З’єднання «трикутник – трикутник»
- •3.2.6.4. З’єднання «трикутник – зірка»
- •3.3. Заземлення в мережах трифазного струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 4. Перехідні процеси в електричних колах Вступ
- •4.1. Закони комутації
- •4.2. Загальні принципи аналізу перехідних процесів
- •4.3. Комутація напруги в rC-колі.
- •4.4. Комутація напруги в rL-колі.
- •4.5. Операторний метод розрахунку перехідних процесів.
- •4 .6. Застосування операторного методу для розрахунку та аналізу rLc-кіл.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 5. Магнітні кола
- •5.1. Магнетизм, магніти, магнітні полюси.
- •5.2. Магнітні кола.
- •5.3. Закон повного струму.
- •5.4. Закон Ома для магнітного кола.
- •5.5. Властивості феромагнітних матеріалів.
- •5.6. Розрахунок нерозгалуженого магнітного кола.
- •5.7. Розрахунок розгалужених магнітних кіл.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 6. Трансформатори Вступ
- •6.1. Устрій однофазного трансформатора напруги.
- •6.2. Режими роботи трансформатора
- •6.2.1. Холостий хід трансформатора
- •6.2.2. Навантажений режим трансформатора.
- •6.2.3. Рівняння намагнічуючих сил трансформатора.
- •6.2.4. Схеми заміщення.
- •6 .2.5. Векторна діаграма навантаженого трансформатора.
- •6.2.6. Приклад використання схеми заміщення для спрощення розрахунків
- •6.2.7. Зміна вторинної напруги трансформатора
- •6.3. Основні практичні розрахункові співвідношення для однофазного трансформатора малої потужності.
- •6.4. Трифазні трансформатори
- •6.4.1. Групи з’єднання обмоток трифазного трансформатора.
- •6.4.2. Номінальні параметри трансформатора
- •6.4.3. Дослід короткого замикання
- •6.4.4. Дослід холостого ходу
- •6.4.5. Коефіцієнт корисної дії (к.К.Д.) трансформатора
- •6.5. Автотрансформатори
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 7. Електричні машини
- •7.1. Асинхронні електричні машини.
- •7 .1.1. Принцип дії асинхронної машини
- •7.1.2. Збудження обертового магнітного поля.
- •7.1.3. Устрій асинхронної машини.
- •7.1.4. Робочі процеси в асинхронній машині.
- •7.1.5. Баланс активних потужностей асинхронного двигуна.
- •7.1.6. Режими роботи асинхронних машин.
- •7.1.7. Регулювання частоти обертання валу асинхронного двигуна.
- •7.1.8. Асинхронний лінійний двигун (лад).
- •7.1.9. Однофазний асинхронний двигун.
- •7.2. Синхронні електричні машини.
- •7.2.1. Принцип дії синхронних машин.
- •7.2.2. Устрій і принцип дії синхронних генераторів.
- •7.2.2.1. Основні частини синхронної машини.
- •7.2.2.2. Отримання синусоїдальної ерс.
- •7.2.2.3. Багатополюсні генератори.
- •7.2.3. Робочий процес синхронного генератора
- •7.2.3.1. Холостий хід.
- •7.2.3.2. Навантажений режим.
- •7.2.4. Векторна діаграма навантаженого синхронного генератора
- •7.2.5. Зовнішня і регулювальна характеристики.
- •7.2.6. Паралельна робота синхронного генератора із мережею.
- •7.2.6.1. Підключення синхронного генератора до мережі.
- •7.2.6.2. Робота синхронного генератора після включення в мережу.
- •7.2.6.3. Регулювання активної потужності синхронного генератора.
- •7.2.6.4. Обертовий момент на валу генератора.
- •7.2.7. Синхронні двигуни
- •7.2.8. Принцип роботи синхронного двигуна.
- •7.3. Машини постійного струму.
- •7.3.1. Устрій машини постійного струму
- •7.3.2. Магнітна система.
- •7.3.3. Принцип дії генератора постійного струму.
- •7.3.4. Робочий процес в генераторі постійного струму.
- •7.3.5. Реакція якоря.
- •7.3.6. Комутація.
- •7.3.7. Зовнішня характеристика.
- •7.3.8. Виникнення електромагнітного обертового моменту.
- •7.3.9. Двигуни постійного струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Додаток
- •Префікси для кратних одиниць
- •Список рекомендованої літератури
Питання для самоперевірки.
Що розуміють під терміном «комутація»?
Що означає поняття «перехідний процес в електричному колі»?
Сформулюйте і поясніть чим зумовлений перший закон комутації.
Сформулюйте і поясніть чим зумовлений другий закон комутації.
Чи справедливі закони Кірхгофа для миттєвих значень струмів і напруг?
Що розуміють під термінами «вільний режим» і «примусовий режим»?
У чому сутність класичного методу розрахунку перехідних процесів?
У чому полягає методика визначення постійних інтегрування?
Чим визначається усталений (примусовий) режим кола? Наведіть приклади.
Чим визначається вільна складова перехідного процесу?
Що визначає постійна часу RC-кола?
Як складається характеристичне рівняння кола?
Виведіть основні рівняння для напруги uC(t) в колі із резистивним і ємнісним елементами (рис. 4.1-а):
при підключенні кола до джерела постійної напруги;
при відключенні кола від джерела постійної напруги;
при короткому замиканні кола.
Які кола називають диференціюючими і які – інтегруючими? Чому?
Що визначає постійна часу RL-кола?
Виведіть основні рівняння для струму iL(t) в колі із індуктивним і резистивним елементами (рис. 4.4):
при підключенні кола до джерела постійної напруги;
при відключенні кола від джерела постійної напруги;
при короткому замиканні кола.
Що визначає коефіцієнт загасання перехідного процесу в RLC-колі?
За яких умов в колі із резистивним, індуктивним і ємнісним елементами виникає аперіодичний, критичний, коливальний процес?
Зм 5. Магнітні кола
5.1. Магнетизм, магніти, магнітні полюси.
Найпростіші прояви магнетизму відомі дуже давно, проте пояснити ці явища на основі фундаментальних принципів фізики вдалося лише порівняно недавно. Першим письмовим свідченнями знайомства людини з магнітними властивостями деяких матеріалів більше двох тисяч років. Явище магнетизму отримало свою назву воно від міста Магнетит в Малій Азії, де були виявлені поклади магнітного залізняку − «каменя, що притягає залізо».
У ІХХ сторіччі експериментальним шляхом були досліджені закони взаємодії магнітів і провідників, по яких пропускали електричний струм.
Досліди показали, що подібно до того, як у просторі, що оточує електричні заряди, виникає електричне поле, так і в просторі, що оточує струми і постійні магніти виникає силове поле, яке називається магнітним.
Були встановлені два експериментальних факти:
1. магнітне поле діє на рухомі заряди;
2. рухомі заряди створюють магнітне поле.
Цим магнітне поле істотно відрізняється від електричного, яке діє як на нерухомі, так і на рухомі електричні заряди.
Магнітне поле не діє на нерухомі заряди.
Магнетизм − форма взаємодії рухомих електричних зарядів, що здійснюється на відстані за допомогою магнітного поля. Поряд з електрикою, магнетизм − один з проявів електромагнітної взаємодії.
Існують магніти двох видів. Одні − так звані постійні магніти, що виготовляються з «магнітно-твердих» матеріалів. Їх магнітні властивості не пов’язані з використанням зовнішніх джерел або струмів. До іншого виду відносяться так звані електромагніти з сердечником із «магнітно-м’якого» заліза. Створювані ними магнітні поля обумовлені в основному тим, що по дроту обмотки, що охоплює сердечник, проходить електричний струм.
Магнітні властивості стрижневого магніту найбільш помітні поблизу його кінців. Якщо такий магніт підвісити за середню частину так, щоб він міг вільно повертатися в горизонтальній площині, то він займе положення, приблизно відповідне напрямку з півночі на південь. Кінець стрижня, який вказує на північ, називають північним полюсом магніту, а протилежний кінець − південним полюсом. Різнойменні полюси двох магнітів притягуються одне до одного, а однойменні взаємно відштовхуються.
Якщо до одного з полюсів магніту наблизити брусок ненамагніченого заліза, то останній тимчасово намагнітиться. При цьому ближній до полюса магніту полюс намагніченого бруска буде протилежним за найменуванням, а дальній − однойменним. Тяжінням між полюсом магніту і індукованим ним у бруску протилежним полюсом і пояснюється дію магніту.
Отже, магніт притягує інші магніти і предмети з магнітних матеріалів, не перебуваючи у контакті з ними. Така дія на відстані пояснюється існуванням у просторі навколо магніту магнітного поля. Певне уявлення про інтенсивність і напрямок цього магнітного поля можна отримати, насипавши на лист картону або скла, покладений на магніт, залізні ошурки. Ошурки вишикуються ланцюжками в напрямку поля, а щільність ліній буде відповідати інтенсивності цього поля. (Найщільніші вони біля кінців магніту, де інтенсивність магнітного поля найбільша.)
М. Фарадей (1791-1867) запровадив для магнітів поняття замкнутих ліній індукції. Лінії індукції виходять в навколишній простір з магніту у його північного полюса, входять до магніт біля південного полюса і проходять усередині матеріалу магніту від південного полюса назад до північного, утворюючи замкнену петлю. Загальна кількість ліній індукції, що виходять з магніту, називається магнітним потоком. Щільність магнітного потоку, або магнітна індукція (В), дорівнює числу ліній індукції, що проходять по нормалі через елементарну площадку одиничної величини. Магнітною індукцією визначається сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, що знаходиться в ньому.
Одне з перших великих і систематичних досліджень магнітних властивостей речовини було зроблено П. Кюрі. Він встановив, що за своїми магнітним властивостям всі речовини можна розділити на три класи. До першого відносяться речовини з різко вираженими магнітними властивостями, подібними властивостям заліза. Такі речовини називаються феромагнітними; їх магнітне поле помітно на значних відстанях. У другий клас потрапляють речовини, які називаються парамагнітними; магнітні властивості їх у загальному аналогічні властивостям феромагнітних матеріалів, але набагато слабкіше. Наприклад, сила тяжіння до полюсів потужного електромагніта може вирвати з рук залізний молоток, а щоб виявити тяжіння парамагнітної речовини до того ж магніту, потрібні, як правило, дуже чутливі аналітичні ваги. До останнього, третього класу належать так звані діамагнітні речовини. Вони відштовхуються електромагнітом, тобто сила, що діє на діамагнетик, спрямована протилежно тій, що діє на феро- і парамагнетики.