- •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
Список рекомендованої літератури
Анвельт М.Ю. и др. Электротехника /Под ред. B.C. Пантюшина. – М.: Высшая школа, 1976. – 382 с.
Борисов Ю.М., Липатов Д.И. Общая электротехника. – М.: Высшая школа, 1974. – 485 с.
Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники: Учебник. – 4-е изд., перераб. и доп. – К.: Выща шк., 1989. – 423 с.
Глазенко Т.А., Прянишников В.А Электротехника и основы электроники. – М.: Высшая школа, 1996. – 320 с.
Дьяконов В.И, Абраменкова K.B. MATHCAD & PRO в математике, физике и Internet. – М.: Нолидж, 1999. – 503 с.
Иванов И.И., Равдоник B.C. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1984. – 375 с.
Карандаков Г.В., Кривенко В.І. Конспект лекцій з дисципліни «Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка». – Київ, НТУ. 2006, 2008. – 220 с.
Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. – М.: Солон – Р, 2000.– 506 с.
Методичні вказівки до виконання розрахункових завдань модульного контролю з дисципліни «Основи електротехніки і електроніки». Для студентів денної форми навчання, напряму підготовки «Комп’ютерні науки». Укл. Кривенко В.І. – К.: Вид-во Київського національного університету культури і мистецтв, 2008. – 65 с.
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Основи електротехніки і електроніки». Для студентів денної форми навчання, напряму підготовки «Комп’ютерні науки». Укл. Кривенко В.І. – К.: Вид-во Київського національного університету культури і мистецтв, 2008. – 84 с.
Общая радиотехника/ М.М.Могилевский, И.Д.Анохина, Н.И.Бревда – К.: Вища шк. Головное изд-во., перераб. и доп. – 1985. – 287 с.
Основи електротехніки і електроніки: Робоча програма для студентів денної форми навчання, напряму підготовки «Комп’ютерні науки» за індивідуальними планами навчання фахового випрямування «Програмне забезпечення автоматизованих систем» Укл: Кривенко В.І., – К.: Вид-во Київського національного університету культури і мистецтв, 2008. – 63 с.
Паначевний Б.1. Електротехніка. – Харків: Торнадо, 1999. – 288 с.
Прянишников В.А. Электроника. – СПб. КОРОНАпринт, 1998. – 400 с.
Сборник задач по электротехнике и основам электроники / Под ред. B.C.Пантюшина. – М.: Высшая школа, 1979. – 253 с.
Сборник задач с решениями по общей электротехнике / Под ред. В.К.Пономарёва. – М.: Высшая школа, 1972. – 184 с.
Харченко В.М. Основы электроники: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Энергоиздат, 1982. – 352 с.
1 Дисипація (лат. dissipatio – розсіювання).
1 На рис. 1.32–1.35 номери позицій на виносках відповідають послідовності кроків побудови.
1 На відміну від кіл постійного струму в колах змінного струму активний опір прийнято позначати буквою r. Поведінка активного опору на змінному струмі інша ніж на постійному. При проходженні змінного струму через провідник навколо нього утворюється магнітне поле, яке взаємодіє з електронами провідника і витискає їх із центра до поверхні. Тому при проходженні змінного струму через провідник, площа його поперечного перерізу використовується не повністю і, відповідно, опір провідника збільшується. Цей ефект тим яскравіший, чим вища частота. Тому провідники для високочастотних струмів для економії матеріалу роблять порожнистими. Отже тільки для низьких частот можна вважати, r ≈ R. Із збільшенням частоти активний опір стає частотнозалежним.
1 Робота електромашинних генераторів основана на законах електромагнітної індукції і електромагнітних сил.
Генератор змінного струму складається з двох основних частин – ротора, що обертається і нерухомого статора. На роторі знаходяться полюси електромагніту, обмотка якого живиться від допоміжного джерела постійного струму невеликої потужності. Полюси створюють магнітний потік машини. На циліндричному статорі в пазах розташована основна обмотка генератора, в якій індукується змінна ЕРС.
Статор і ротор сталеві. Магнітний потік Ф на всьому шляху проходить через феромагнітний матеріал, крім двох повітряних зазорів, що відділяє ротор від статора. При обертанні ротора з постійною швидкістю в кожному провіднику обмотки статора виникає ЕРС e = Blv.
Активна довжина провідника l і лінійна швидкість обертання v – постійні. Характер зміни ЕРС визначається законом розподілу магнітної індукції В в повітряному зазорі. Для отримання синусоїдальної ЕРС форма полюсів ротора виконується такою, щоб повітряний зазор збільшувався від осі полюса до периферії за синусоїдальним законом.
2 Початок періоду – точка зміни від’ємних значень на додатні.
3 Використана заміна: sin (t – 90) = –cos t.
1 Використовується формула Ейлера: cos α + j·sin α = e jα
1 У зв’язку із специфікою ідентифікації змінних в MathCAD тут і далі в наведених прикладах не вживаються загальноприйняті в електротехніці позначення, зокрема позначення комплексних величин. Тому у витягах із робочих листків MathCAD слід орієнтуватись за контекстом і логікою розрахунку. Так, тут і далі для позначення уявної одиниці у вихідних даних використовується «j», а в результатах – «і».
1 Кругова діаграма уявляє собою векторну діаграму, побудовану для послідовного кола з активним опором r і реактивним опором Х. Діаграма має вид прямокутного трикутника, гіпотенузою якого є вектор прикладеної до кола напруги, а катети – це вектори падінь напруг на активному і реактивному опорах, між якими завжди зберігається кут 90. Гіпотенуза такого трикутника є діаметром півкола, по якому буде переміщуватись кінець вектора падіння напруги на активному опорі при зміні співвідношень між величинами активного та реактивного опорів.
1 На рисунку пари векторів UL і UC, Ur і U для більшої виразності показані подвоєними лініями.
2 Вираз називається імпедансом послідовного контуру.
1 Для наочності значення на наведеному графіку залежності I = I(ω) збільшені у 5000.
1 Отже термін фаза в електротехніці позначає два різних поняття: 1. фазовий кут, що визначає миттєве значення синусоїдальної величини; 2. складову частину трифазного кола.
1 Струми промислової частоти від 0,05 до 0,1 А є небезпечними, а струми більше за 0,1 А можуть призвести до смерті.
1 Відзначимо, що оскільки конденсатор в цьому прикладі є джерелом електроенергії, напрямок напруги на ньому співпадає із напрямом струму розряду, і тому в рівнянні uC включене із знаком «–».
1 Тороїд - провід, навитий на тор (бублик).
1 Мучник, А. Я. Общая электротехника: учебник для вузов / А.Я. Мучник, К.Л. Парфенов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1967. - 446 с.
1 Електротехнічна сталь відноситься до магнітом’яких матеріалів – феромагнітних матеріалів з вузькою петлею гістерезису, що обумовлює незначні витрати енергії на перемагнічування.
1Для одного витка: ;
для катушки з w витків: .
1 Прийнята система позначення груп з’єднання пов’язана з наочним зображенням зсуву фаз годинниковими стрілками циферблату. Вектор лінійної напруги первинної обмотки співпадає з хвилинною стрілкою, що показує на 12. Вектор напруги вторинної обмотки співпадає з годинною стрілкою. Тоді число, на яке вказує годинна стрілка, визначає групу з’єднання.
2 Змінний магнітний потік Ф індукує в сталевому осерді вихрові струми (струми Фуко), що замикаються в площині, перпендикулярній до осі потоку. Ці струми викликають нагрів сталі і призводять до втрат потужності. Крім того виникають втрати, що обумовлені явищем гістерезису при періодичному перемагнічуванні сталі. Сумарні втрати називають магнітними втратами або втратами в сталі. Величина цих втрат визначається за емпіричною формулою Рм = [вf2Bm2 + гfBm2]G, де f – частота перемагнічування, в, г – емпіричні коефіцієнти; Bm – макс. магнітна індукція; G – вага магнітопроводу.
2 Треба розрізняти поняття «дослід короткого замикання», який проводиться при зниженій напрузі і номінальних струмах в обмотках, і аварійний «режим короткого замикання».
1 ЛАТР – лабораторний автотрансформатор.
1 Кругова швидкість ротора в швидкохідних машинах досягає значенні 150 – 160 об./сек. При цих швидкостях застосовувати ротори з явно вираженими полюсами не можна за умови механічної міцності
1 У машин з циліндричним ротором повітряний зазор всюди однаковий і магнітна провідність не залежить від положення осі полюсів ротора. Це значно полегшує аналіз явищ в працюючій синхронній машині.
1 Взаємодія провідників обмотки ротора з власним полем по тій же причині не викликає гальмівного моменту при будь-якому характері навантаження генератора.
1 Більшість синхронних генераторів розраховують для роботи з соs = 0,8 (інд.).
1 Терміни «синхронний, синхронізація» вживається і до визначення типу електричної машини і до визначення процесу узгодження роботи синхронного генератора із електричною мережею.
1 Як щітки використовується спресована суміш графіту з мідним або бронзовим порошком.
1 Якщо розташувати долоню лівої руки так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, витягнуті пальці долоні – напрямок струму в провіднику, то великий палець долоні вказуватиме напрямок електромагнітної сили, що діє на провідник з боку магнітного поля.
1 Для оцінки властивостей механічних характеристик використовують поняття жорсткості характеристики. Жорсткість механічної характеристики визначається за виразом β = dМ /dn, де dМ – зміна моменту двигуна; dn – відповідна зміна частоти обертання. Для лінійних характеристик значення β залишається постійним, для нелінійних – залежить від робочої точки. Використовуючи це поняття, характеристику паралельну осі абсцис можна якісно оцінити як абсолютно жорсткою (β = ∞); наведену на рис. 7.65 – жорсткою; при β ≠ const – характеристика м'яка.
1 Uя – напруга, яка безпосередньо прикладається до якоря. У разі відсутності у колі живлення якоря додаткових опорів і реостатів до якоря безпосередньо прикладається Uжив.