ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ
ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ
ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Курс лекций по дисциплине
«Теоретические основы электротехники»
для студентов дневного, вечернего и заочного отделений
Автор: Красницкий Владимир Леонидович,
преподаватель спецдисциплин.
Предмет: Теоретические основы электротехники: 130 час
Литература:
В. Прянишников: Теоретические основы электротехники: Курс лекций
Ф. Е. Евдокимов"Теоретические основы электротехники
П.А. Бутырин. О.В. Толчеев. Ф.Н. Шаркирзянов «Электротехника»
Рабочая поурочная программа
по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
( Теория – 130 часов)
Тема 1 Электрическое поле и его характеристики (12 часов)
Занятие 1.
Занятие 2.
Занятие 3.
Занятие 4.
Занятие 5.
Занятие 6.
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
Электрическое поле
Напряженность электрического поля.
Потенциал электростатического поля и разность потенциалов.
Закон Кулона
Электрические конденсаторы
Контрольная работа №1 ЭТ У6
Тема 2. Физические процессы в электрических цепях (34 часа)
Занятие 7
Занятие 8.
Занятие 9.
Занятие 10.
Занятие 11.
Занятие 12.
Занятие 13.
Занятие 14
Занятие 15.
Занятие 16.
Занятие 17.
Занятие 18.
Занятие 19.
Занятие 20
Занятие 21.
Занятие 22.
Занятие 23.
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
(2 часа)
Электрическая цепь
Электрический ток
ЭДС и напряжение.
Электрическое сопротивление
Закон Ома
Контрольная работа №2 ЭТ У12
Энергия и мощность электрического тока.
Тепловое действие тока
Аппараты управления
Баланс мощностей
Контрольная работа №3 ЭТ У17
Понятие об электрических схемах
Задачи расчета электрических цепей.
Законы Кирхгофа
Способы соединения сопротивлений
Расчет электрических цепей
Контрольная работа №4 ЭТ У23
Тема 3 Магнитное поле и магнитные цепи. (18 часов)
Занятие 24 (2 часа)
Магниты и магнитное поле .
Занятие 25. (2 часа)
Магнитные свойства веществ
Занятие 26. (2 часа)
Классификация, элементы и характеристики магнитных цепей
Занятие 27. (2 часа)
Основные законы магнитной цепи.
Занятие 28 (2 часа)
Сила Ампера
Занятие 29 (2 часа)
Электромагнитная индукция.
Занятие 30 (2 часа)
Самоиндукция
Занятие 31 (2 часа)
Взаимоиндукция
Занятие 32 (2 часа)
Контрольная работа №5 ЭТ У32
2
Тема 4. Начальные сведения о переменном токе (10 часов)
Занятие 33 (2 часа)
Переменная ЭДС.
Занятие 34 (2 часа)
Параметры переменного тока
Занятие 35 (2 часа)
Сложение и вычитание синусоидальных величин.
Занятие 36 (2 часа)
Векторная диаграмма.
Занятие 37 (2 часа)
Контрольная работа №6 ЭТ У37
Тема 5. Элементы и параметры цепей переменного тока (22 часа)
Занятие 38 (2 часа)
Активное сопротивление в цепи переменного тока.
Занятие 39 (2 часа)
Цепь переменного тока с индуктивностью:
Занятие 40 (2 часа)
Цепь переменного тока с емкостью
Занятие 41 (2 часа)
Цепь с последовательным соединением RL и RC
Занятие 42 (2 часа)
Комплексный метод расчета цепей переменного тока.
Занятие 43 (2 часа)
Комплексные сопротивления и проводимости
Занятие 44 (2 часа)
Резонанс напряжений
Занятие 45 (2 часа)
Резонанс токов
Занятие 46 (2 часа)
Активная, реактивная и полная мощности.
Занятие 47 (2 часа)
Коэффициент мощности
Занятие 48 (2 часа)
Контрольная работа №7 ЭТ У48
Тема 6. Трехфазные цепи переменного тока (16 часов)
Занятие 49 (2 часа)
Устройство трехфазного генератора.
Занятие 50 (2 часа)
Соединение трехфазной цепи звездой.
Занятие 51 (2 часа)
Соединение трехфазной цепи треугольником.
Занятие 52 (2 часа)
Вращающееся магнитное поле.
Занятие 53 (2 часа)
Принцип работы асинхронного двигателя.
Занятие 54 (2 часа)
Индуктивно связанные элементы в цепи переменного тока.
Занятие 55 (2 часа)
Принцип работы трехфазного трансформатора.
Занятие 56 (2 часа)
Контрольная работа №8 ЭТ У56
Модуль 3. Электрические установки (18 часов)
Тема 7. Общие сведения об электрических установках (18 часов)
Занятие 57 (2 часа)
Назначение и классификация электрических машин.
Занятие 58 (2 часа)
Конструкции электрических машин.
Занятие 59 (2 часа)
Электрические аппараты.
Занятие 60 (2 часа)
Электрические системы.
Занятие 61 (2 часа)
Электроснабжение предприятий и населенных пунктов.
Занятие 62 (2 часа)
Электрические осветительные установки.
Занятие 63 (2 часа)
Перспективные направления развития электротехники
Занятие 64 (2 часа)
Контрольная работа №9 ЭТ У64
Занятие 65 (2 часа)
Итоговое занятие
3
Введение
Теоретические основы электротехники (ТОЭ) являются базовым общетехническим
курсом для специальности:
2913. Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских
зданий
Данный предмет является теоретической базой для изучения предметов специального
цикла. Его изучение базируется на учебном материале ряда общеобразовательных и
естественно-научных предметов и, прежде всего, математики и физики.
Программой дисциплины «Теоретические основы электротехники.» предусматривается
изучение физических законов, линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей
постоянного и переменного тока, методов их расчета и практического использования;
формирование у специалиста правильного подхода к постановке и решению проблем
эффективного использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на основе мирового
опыта и государственной политики в области энергосбережения.
В результате изучения предмета «Теоретические основы электротехники.» студенты
должны приобрести соответствующие знания и умения.
студенты должны ЗНАТЬ:
 физические законы, на которых основана электротехника, вытекающие из этих законов
следствия, правила, методы расчетов;
 термины и определения теоретической электротехники;
 условные графические обозначения элементов электрических цепей, применяемых в
электрических расчетных схемах (схемах замещения);
 единицы измерения и буквенные обозначения электрических и магнитных величин.
студенты должны УМЕТЬ:
 читать и составлять принципиальные и расчетные схемы несложных электрических
цепей;
 выполнять по заданным условиям расчеты электрических цепей постоянного и
переменного тока;
 собирать электрические цепи по заданным принципиальным и монтажным схемам;
 находить неисправности в несложных электрических цепях;
 выбирать аппаратуру и контрольно-измерительные приборы;
 уметь прогнозировать идеи энергосбережения на всех уровнях управления
производством и в различных слоях населения.
Студенты должны иметь представление:
 о современных приемах и средствах управления энергоэффективностью и
энергосбережением;
 об основных приемах по выявлению и внедрению новых эффективных технологий
 в различных отраслях народного хозяйства, а также нетрадиционных и
 экологически чистых энергоисточников;
 об основных приемах осуществления энергетического анализа технологических
процессов и устройств, оценки их функционально-экономической эффективности, а
также эффективности энергосберегающих мероприятий;
 об организации контроля и учета использования энергоресурсов, формирования задач
автоматизированной обработки технико-экономической и организационной
информации.
4
Модуль 1. Электрические цепи постоянного тока (24 часа)
Тема 1 Электрическое поле и его характеристики
(6 часов)
Занятие 1. Электрическое поле
а) Электрический заряд.
Достаточно потереть пластмассовую пластинку о кусочек шерсти, как она станет притягивать
кусочки бумаги.
Дальнейшее изучение этого явления показало, что оно вызывается электрическими
зарядами, находящимися на пластинке.
Однако наэлектризованные тела не только притягиваются, но и отталкиваются. Это говорит о
различных видах зарядов накапливающихся на предметах.
Один из видов электрических зарядов условились называть положительными, а другой –
отрицательными.
Описанные выше явления объясняются особенностями строения атомов различных веществ.
Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него
отрицательно заряженных электронов. В обычных условиях атом электрически нейтрален, так
как суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра.
Опыты и расчеты показывают, что отрицательный заряд электрона является наименьшим
зарядом в природе.
Его называют элементарным электрическим зарядом.
Он равен:
е = - 1,6 ∙ 10-19 Кл .
Где: е – обозначение заряда электрона
Кл – обозначение единицы измерения электрических зарядов ( Кулон )
Все остальные электрические заряды кратны модулю элементарного заряды, то есть,
заряд любого тела равен:
q = n |e|
Где: q - электрический заряд тела
n = 1,2,3…..- целое число
|e| - модуль элементарного заряда
б) Электрическое поле.
Взаимодействие неподвижных электрических зарядов передается электростатическим
полем.
Поле представляет собой один из видов материи, существующей в пространстве в
неразрывной связи с электрическим зарядом.
Основное свойство электрического поля — это способность оказывать силовое действие
на помещенные в него электрические заряды.
5
Рис.1.1. Взаимодействие двух одноименных зарядов
Электрическое поле заряда не одинаково в разных точках. В этом можно убедиться,
определяя силу, с которой поле действует на пробный заряд, вносимый в разные точки поля.
Пробным называют электрический заряд q0, помещенный в электрическое поле для
обнаружения поля.
Пробный заряд может быть положительным или отрицательным, но небольшим в
сравнении с зарядом q, создающим поле.
Рис.1.2. Одиночный заряд в электрическом поле
Занятие 2. Напряженность электрического поля.
а) Определение напряженности
Напряженностью электрического поля в данной точке называется векторная величина Е,
определяемая силой, с которой поле действует на единичный точечный заряд, помещенный в
эту точку:

 F
Е 
q
Помещая пробный заряд в ту или иную точку поля, можно определить напряженность поля в
каждой точке. Таким образом, каждая точка электрического поля характеризуется вектором
напряженности.
6
б) Силовые линии электрического поля.
Электрическое поле изображается с помощью линий напряженности.
Свойства линий напряженности:
 Линии выходят из положительных зарядов и входят в отрицательные.
 Линий напряженности не пересекаются
 Линии напряженности там гуще, где выше напряженность поля.
Рис.2.1. Линии напряженности точечных зарядов и линии напряженности при взаимодействии
одноименных и разноименных электрических зарядов
Занятие 3 Потенциал электростатического поля и разность потенциалов.
а) Потенциал
Каждая точка электрического поля характеризуется своим потенциалом.
Рис.3.1. Потенциалы различных точек электрического поля.
Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в
поле к этому заряду.
7
W

q
б) Разность потенциалов.
Практическое значение имеет не сам потенциал в точке, а изменение потенциала, которое не
зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала.
Разность потенциалов называют также напряжением.
U  1  2
Единица разности потенциалов – Вольт (В)
Занятие 4 Закон Кулона
Опытным путем установлено, что одноименные электрические заряды отталкиваются, а
разноименные – притягиваются.
Рис.4.1. Сила взаимодействия между электрическими зарядами.
Сила взаимодействия между двумя электрическими зарядами определяется в соответствии с
законом Кулона:
q1  q2
F k 2
r
Где:
F – сила взаимодействия между зарядами (Н)
q1 , q2 - электрический заряд (Кл)
r – расстояние между зарядами
k = 9∙109 Н м2 / Кл2 - коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры среды.( в
данном случае – вакуум)
8
Коэффициент k связан с другой постоянной величиной соотношением:
k
1
40
Где:
 0  8,85  10
12
Кл2
Н  м2
- электрическая постоянная.
Занятие 5 Электрические конденсаторы
а) Электроемкость
Физическая величина, характеризующая способность двух проводников накапливать
электрический заряд называется электроемкостью.
Рис. 5.1. Устройство бумажного электрического конденсатора
На рисунках показано устройство, состоящее из двух пластин, разделенных диэлектриком и
свернутых в спираль. При подаче на пластины напряжения U, на них накапливается
электрический заряд, величина которого определяется формулой
q  CU
Коэффициент пропорциональности С называется электроемкостью
Электроемкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к
разности потенциалов между этим проводником и соседним:
9
q
C
U
Единицей является - Фарад. Это очень большая величина.
На практике применяются дольные единицы электроемкости
1 мкФ =10-6 Ф,
1пФ = 10-12 Ф.
б) Емкость плоского конденсатора.
Электроемкость конденсатора вычисляют по формуле
C
0 S
d
Где:
C – емкость конденсатора (Ф)
ε – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика
ε 0 = 8,85∙ 10-12 Ф/м – электрическая постоянная.
S – площадь пластин конденсатора. (м2)
d – толщина диэлектрика (м)
Рис. 5.2 Конструкция плоского конденсатора
в) Энергия заряженного конденсатора
Энергия заряда конденсатора определяется уравнением:
qU
q 2 CU 2
W 


2
2U
2
Где:
W - энергия заряженного конденсатора (Дж)
С – емкость плоского конденсатора (Ф)
U - напряжение на пластинах конденсатора (В)
q – электрический заряд на пластинах конденсатора (Кл)
10
Рис.5.3. Различные типы электрических конденсаторов
г) Соединения конденсаторов.
Параллельное соединение конденсаторов
Обкладки конденсаторов соединяют попарно, т.е. в системе остается два изолированных
проводника, которые и представляют собой обкладки нового конденсатора
Рис.5.4. Параллельное соединение конденсаторов
Общая емкость такой цепи определяется по формуле:
Собщ  С1  С2
Вывод: При параллельном соединении конденсаторов
а) заряды складываются,
б) напряжения одинаковые,
в) емкости складываются.
Т.о., общая емкость больше емкости любого из параллельно соединенных конденсаторов
Последовательное соединение конденсаторов
Рис.5.5. Последовательное соединение конденсаторов
11
Общая емкость такой цепи определяется по формуле:
1
1
1


C C1 C 2
Вывод: При последовательном соединении конденсаторов
а) напряжения складываются,
б) заряды одинаковы,
в) складываются величины, обратные емкости.
Т.о., общая емкость меньше емкости любого из последовательно соединенных
конденсаторов.
Занятие 6. Контрольная работа
Контрольные вопросы:
1. Что такое элементарный электрический заряд и чему он равен?
2. Дайте формулировку закона Кулона.
3. Что такое напряженность электрического поля и как определить ее величину?
4. Что такое линии напряженности и каковы их свойства?
5. Что такое разность потенциалов, в каких единицах она измеряется?
6. Объясните физическую сущность электроемкости и назовите единицы измерения ее.
7. Объясните конструкцию плоского конденсатора.
8. От каких параметров зависит емкость плоского конденсатора?
Тема 2. Физические процессы в электрических цепях
Занятие 7 Электрическая цепь
Простейшая электрическая установка состоит из:
 источника И (гальванического элемента, аккумулятора, генератора и т. п.),
 потребителей или приемников электрической энергии П (ламп накаливания,
электронагревательных приборов, электродвигателей и т. п.)
 соединительных проводов Л1,Л2, соединяющих зажимы источника напряжения с
зажимами потребителя.
12
Рис.7.1. Элементы электрической цепи
Рис.7.2. Схема простейшей электрической цепи
Источник и приемник электрической энергии связаны проводами (линией электропередачи),
которые образуют замкнутый контур
Рис.7.3. Линия электропередачи.
13
Электрическая цепь делится на внутреннюю и внешнюю части.
К внутренней части цепи относится сам источник электрической энергии.
Во внешнюю часть цепи входят соединительные провода, потребители, т. е. все то, что
присоединено к зажимам источника электрической энергии.
Рис. 7.4. Участки электрической цепи
Занятие 8. Электрический ток
а) Электронная теория строения металлов
Представление об электронной структуре атомов послужило основанием для классической
теории строения металлов. Валентные электроны наружного слоя атома слабо связаны с ядром.
Рис.8.1. Планетарная модель атома
Рис.7.6. Свободные электроны в металлах
14
Электроны, потерявшие связь со своим ядром называются свободными.
Атомы, потерявшие электроны из валентного слоя, становятся положительными ионами. Общий
заряд свободных электронов в кристалле равен положительному заряду ионов, поэтому
кристалл остается электрически нейтральным.
б) Определение электрического тока.
Если в металлах находится большое число свободных электронов, то при соединении
металлического проводника с источником электрической энергии свободные электроны будут
двигаться к положительному полюсу источника, а положительные ионы – к отрицательному
полюсу источника.
Упорядоченное движение электрических зарядов называется электрическим током.
Рис. 7.7. Упорядоченное движение электронов
Признаки, по которым легко судить о наличии тока:
1. ток, проходя через растворы солей, щелочей, кислот, а также через расплавленные
соли, разлагает их на составные части;
2. проводник, по которому проходит электрический ток, нагревается;
3. электрический ток, проходя по проводнику, создает вокруг него магнитное поле.
в) Сила тока. Плотность тока.
Силой тока называется величина численно равная отношению количества электрических
зарядов q , прошедших через поперечное сечение проводника за время t .
q
I
t
Где: I – сила тока; А
q – суммарный электрический заряд; Кл.
t – время; с.
Плотностью тока называется отношение силы тока к площади поперечного сечения
проводника .
15
I

s
Где: δ – плотность тока ; А/м2
I – сила тока , А
s –поперечное сечение проводника, , мм2
Занятие 9. ЭДС и напряжение.
Чтобы обеспечить продвижение электрических зарядов вдоль электрической цепи, то есть
создать электрический ток, необходима сила, которая бы двигала эти заряды.
Эта сила действует внутри источника и называется электродвижущая сила (ЭДС).
ЭДС численно равна разности потенциалов на полюсах источника.
Потенциалом  данной точки поля называется работа, которую затрачивает электрическое
поле, когда оно перемещает положительную единицу заряда из данной точки поля в
бесконечность.
А

q
B
Рис.9.1. Распределение потенциала вдоль электрической цепи.
Если переместить заряд из одной точки поля с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2, то
необходимо совершить работу
А1 A2

 A  1   2  U
q
q
B
Величина, равная разности потенциалов называется напряжением.
16
Таким образом, наибольший потенциал будет у начала цепи (+ источника). (см. рис.9.1)
Условно считается, что в проводе не расходуется электрическая энергия, поэтому
φ1 = φ2, и φ1 - φ2 =U1-2= 0,
При протекании тока через сопротивление R1 электрическая энергия источника тока
превращается в тепловую энергию, нагревая резистор R1, и излучается в пространство. Поэтому
потенциал φ3 будет меньше потенциала φ2, а разность потенциалов
φ2 – φ3 =U2-3 не равна нулю.
Напряжение U2-3 называется падением напряжения или напряжением на резисторе R1.
Чем ближе точка цепи к минусу источника, тем ниже ее потенциал. Таким образом, наименьший
потенциал будет у конца электрической цепи (- источника)
Электродвижущая сила источника численно равна разности потенциалов на зажимах
источника. Напряжением любых двух точек цепи является разность потенциалов в этих точках.
За нулевой потенциал принят потенциал Земли.
Занятие 10. Электрическое сопротивление
а) Электрическое сопротивление и электрическая проводимость.
Свойство материалов препятствовать прохождению через них электрического тока
называется электрическим сопротивлением.
С другой стороны можно сказать, что не все материалы препятствуют прохождению через
них электрического тока. Говорят, что такие материалы обладают хорошей
электропроводностью.
Таким образом, электропроводность и электрическое сопротивление являются
взаимообратными величинами.
Сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров: его длины и площади
поперечного сечения, а также материала, из которого изготовлен проводник..
Для проводников сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально
площади их поперечного сечения:
R
 l
s
где:l — длина проводника; м.
s — площадь поперечного сечения; м2.
 — удельное сопротивление, характеризующее электропроводность данного металла,
Ом * м.
Рис. 8.1. Алюминиевый проводник
Величина, обратная электрическому сопротивлению называется электрической
проводимостью G.
17
1
G
R
Где: G – проводимость, См (сименс)
Удельная проводимость, величина, обратная удельному сопротивлению.

1

Удельное сопротивление различных проводников: (·10-6) [Ом·м]
Серебро
Медь
Алюминий
Вольфрам
Железо
Свинец
Никелин
Манганин
Константан
Ртуть
Нихром
0,016
0,017
0,03
0,05
0,13
0,2
0,42
0,43
0,5
0,94
1,1
Удельное сопротивление проводника зависит от температуры.
  0 (1    t )
где: ро - удельное сопротивление при 0 градусов,
t - температура,
α - температурный коэффициент сопротивления
( т.е. относительное изменение удельного сопротивления проводника при нагревании его на
один градус)
18
Занятие 11. Закон Ома
а) Закон Ома для участка цепи:
Сила тока на участке цепи прямопропорциональна
напряжению на этом участке и
обратнопропорциональна сопротивлению этого же
участка цепи.
U
I
R
Рис.11.1. Схема участка цепи
б) Закон Ома для полной цепи
При рассмотрении полной электрической цепи необходимо учитывать, что ток проходит не
только по внешней части цепи, но также и по внутренней части цепи, т.е. внутри источника
напряжения.
С учетом этого вывода закон Ома для полной цепи формулируется:
Сила тока в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно
пропорциональна полному сопротивлению цепи
19
E
I
R  r0
Где: Е - эдс источника, В.
R- сопротивление внешнего участка цепи. Ом.
r0 - внутреннее сопротивление источника. Ом
Занятие 12 Контрольная работа
Контрольные вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Назовите основное свойство электрического поля.
Как определяется напряженность электрического поля заряженной сферы?
Каковы свойства линий напряженности электрического поля?
Что такое потенциал и разность потенциалов?
Дайте определение электрической цепи и ее элементов.
Какие преобразования энергии происходят в источнике и потребителе?
Объясните строение металлического проводника
Дайте определение электрического тока и объясните его физическую сущность.
От чего зависит сопротивление металлического проводника?
Чем отличается напряжение от электродвижущей силы?
Что такое электрическая проводимость ?
Сформулируйте закон Ома для участка цепи?
Сформулируйте закон Ома для полной цепи цепи?
Что такое внутреннее сопротивление цепи?
Примечание: Каждому учащемуся необходимо решить задачу, предложенную преподавателем.
20
Занятие 13. Энергия и мощность электрического тока.
а) Энергия электрического тока.
Для создания электрического тока в цепи источник должен обладать необходимой энергией.
Величина этой энергии определяется по формуле:
W U  I t
U2
W  I  R t 
t
R
2
или
Где: W – энергия электрического тока, Вт·ч
U – напряжение на зажимах цепи, В.
I – сила тока, А.
R – сопротивление цепи, Ом.
t – время протекания тока, час.
б) мощность электрического тока
Различные источники электрической энергии
могут за один и тот же промежуток времени
выдавать различное количество
электрической энергии.
Способность источника выдавать в единицу
времени определенное количество
электрической энергии, а потребитель,
соответственно, – потреблять эту энергию
характеризуется мощностью источника
(потребителя).
Значение мощности электрического тока определяется из выражения :
W
P
t
Где:
U2
P  I R 
R
2
или
W – энергия электрического тока, Вт·ч
t - время работы источника (потребителя), час.
Р – мощность источника (потребителя), Вт.
U – напряжение, В
I – сила тока, А.
R – сопротивление цепи, Ом.
Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.
Она определяется по формуле
Робщ  ЕI
21
где: Pобщ -полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, Вт;
Е- э. д. с. источника, В;
I-величина тока в цепи, А.
В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и
внутреннего участка с сопротивлением R0 (сопротивлением источника тока).
Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи,
получим
Робщ  EI  (U  U0 ) I  UI  U0 I
Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и
называется полезной мощностью
Pпол=UI
UoI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, её
называют мощностью потерь Po=UoI.
Величина
Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь
Pобщ=Pпол+Pо
в) Коэффициент полезного действия электрической цепи
Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется
коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η
Из определения следует

Рпол
Рпол

Робщ Рпол  Ро
При любых условиях коэффициент полезного действия
η ≤ 1.
Рис.13.1 Энергетическая диаграмма электрической цепи
22
Рассмотрим элементарную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС с внутренним
сопротивлением r, и внешним сопротивлением R
Рис.13.2. Схема электрической цепи
КПД определяется как отношение полезной мощности к затраченной:

Рпол UI U


Робщ EI E
или

U
IR
R


E I (R  r) R  r
Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.

Занятие 14
Рпол
 100
Робщ
%
Тепловое действие тока
а) Общие определения
В проводнике, по которому течет электрический ток, также как и во всех телах, есть
движение молекул. При наличии тока в проводнике движущиеся электрические заряды
усиливают движение молекул, что и является причиной повышения температуры проводника.
Явление выделения тепла при протекании тока по проводнику может иметь как вредные
последствия , так и приносить пользу. Например, с помощью электрического тока можно
нагревать спираль электронагревательных приборов. Однако, протекая по изолированному
проводу ток нагревает его изоляцию приводя ее к преждевременному износу и разрушению
б) Закон Джоуля-Ленца.
Количества теплоты, выделяемой током при прохождении по проводнику зависит от
сопротивления проводника, силы тока и времени его прохождения.
23
Количественные соотношения, имеющие место при нагревании проводника током называются
законом Джоуля - Ленца.
Q  I 2R t
Где: Q – количество теплоты [Дж]
в) Элементы тепловой защиты электроаппаратов
Плавкие предохранители применяются для защиты электроустановок от токов короткого
замыкания.
Рис.14.1. Плавкие предохранители различных типов
Основным элементом предохранителя является плавкая вставка, которая сгорает (плавится) при
значительном повышении тока в сети.
Защитное действие плавкого предохранителя основано на тепловом эффекте электрического
тока. Протекая по плавкой вставке ток нагревает ее. Если величина тока значительно возрастает,
то количество выделяемой током теплоты становится достаточным для расплавления плавкой
вставки.
При расплавлении плавкой вставки электрическая цепь разрывается и потребитель
обесточивается.
Этим способом достигается обеспечение сохранности дорогостоящего оборудования.
Рис.14.2. Плавкие вставки предохранителей
24
Контрольный опрос №1
Напишите пары чисел и букв из первого и второго столбцов соответствующие определениям
1.
2.
3.
4.
5.
контактный нож
фарфоровый корпус
крышка
болты контактной шайбы
болты крышки
Занятие 15. Аппараты управления
а) Кнопки управления
предназначены для замыкания и
размыкания цепей дистанционного
управления электродвигателями.
Комплект из нескольких кнопок
"ПУСК" и "СТОП", объединенных в
одном корпусе
называется кнопочной станцией.
Рис.15.1. Кнопки управления
б)Концевые и путевые выключатели
применяются для переключения цепей
управления по мере передвижения
элементов механизмов и для
автоматического отключения
механизма в конце его рабочего пути.
Рис.15.2. Концевые и путевые выключатели
25
в) Магнитный пускатель
- это распространенный
электромагнитный аппарат для
дистанционного и местного
управления электродвигателями и
другими установками, а также защиты
их от перегрузок и токов короткого
замыкания.
Рис.15.3. Магнитный пускатель
г)Тепловое реле
является составной частью
магнитного пускателя.
Тепловые реле предназначены для
защиты электродвигателей от
перегрузок и токов короткого
замыкания.
Действие теплового реле основано на
изгибании биметаллической пластинки
при ее нагревании током перегрузки.
Тепловое реле состоит (см.рисунок)
1-биметаллическая пластинка;
2-нагревательный элемент;
3-кнопка возврата;
4-пружина;
5-тяга;
6-контакт;
7-рычаг;
8 – ось;
Рис.15.4. Внешний вид теплового реле и его схема
26
Работа теплового реле:
При перегрузке электродвигателя в линейных проводах протекают большие токи, значительно
больше номинальных значений. Этот ток протекает через нагревательный элемент 2.
Элемент нагревается и нагревает биметаллическую пластинку 1.
Пластинка изгибается вверх, освобождая из зацепления рычаг 7.
Рычаг под действием пружины 4 поворачивается по часовой стрелке на оси 8 и приводит в
движение тягу 5, при помощи которой контакты 6 цепи управления размыкаются.
Размыкание контактов в цепи управления магнитного пускателя приводит к разрыву силовой
цепи. Электродвигатель отключается, что предотвращает выход его из строя при перегрузке.
При выключении силовой цепи нагревательный элемент 2 остывает, биметаллическая пластинка
возвращается в исходное состояние.
Рычаг 7 возвращается в исходное состояние путем нажатия на кнопку возврата.
Занятие 16. Баланс мощностей
а) Общие требования к составлению уравнений баланса электрической цепи
Из закона сохранения энергии следует, что мощность источников питания в любой момент
времени равна сумме мощностей, расходуемой на всех участках цепи.
EI  I R
2
Это соотношение называют уравнением баланса мощностей.
При составлении уравнения баланса мощностей следует учесть, что если действительные
направления ЭДС и тока источника совпадают, то источник ЭДС работает в режиме источника
питания, и произведение E I подставляют в со знаком плюс.
Если не совпадают, то источник ЭДС работает в режиме потребителя электрической
энергии, и произведение E I подставляют в со знаком минус.
Рассмотрим электрическую цепь, приведенную на рисунке:
Рис.16.1. К расчету баланса электрической цепи
27
Для цепи, показанной на рисунке уравнение баланса мощностей запишется в виде:
EI  I (r0  R)  I R1  I 2 R2.
2
2
1
2
При расчете электрических цепей используются определенные единицы измерения.
Электрический ток измеряется в амперах (А),
 напряжение – в вольтах (В),
 сопротивление – в омах (Ом),
 мощность – в ваттах (Вт),
 электрическая энергия – ватт-час (Вт-час)
 проводимость – в сименсах (См)
Кроме основных единиц используют более мелкие и более крупные единицы измерения:
 миллиампер (1мA = 10–3А),
 килоампер (1кA = 103А),
 милливольт (1мВ = 10–3В),
 киловольт (1кВ = 103В),
 килоом (1кОм = 103Ом),
 мегаом (1мОм = 106Ом),
 киловатт (1кВт = 103Вт),
 киловатт-час (1кВт-час = 103 ватт-час).
б) Режимы работы электрических цепей
Элементами электрической цепи являются различные электротехнические устройства, которые
могут работать в различных режимах.
Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются
значениями тока и напряжения.
Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов
может быть бесчисленное множество.
Реальная электрическая цепь может быть представлена в виде активного и пассивного
двухполюсников
Рис. 16.2. Включение активного и пассивного двухполюсников
28
Двухполюсником называют цепь, которая соединяется с внешней относительно нее частью цепи
через два вывода а и b – полюса.
Режим работы электрической цепи, приведенной на рисунке, определяется изменениями
параметров пассивного двухполюсника, в общем случае величиной сопротивления нагрузки Rн.
При анализе электрической цепи рассматривают следующие режимы работы:
 холостого хода,
 номинальный,
 короткого замыкания
 согласованный.
Работа активного двухполюсника под нагрузкой Rн определяется его вольт-амперной (внешней)
характеристикой, уравнение которой для данной цепи запишется в виде
U  Eэ  Ir0 э
Вольт-амперная характеристика строится по двум точкам 1 и 2, соответствующим режимам
холостого хода и короткого замыкания
Рис.16.3. Вольт-амперная характеристика
Режим холостого хода
В этом режиме с помощью ключа SA нагрузка Rн отключается от источника питания
(см.рисунок).
В этом случае ток в нагрузке становится равным нулю, и как следует из формулы напряжение на
зажимах ab становится равным ЭДС Eэ и называется напряжением холостого хода Uхх
U  U хх  Eэ
Режим короткого замыкания
В этом режиме ключ SA в схеме электрической цепи замкнут, а сопротивление Rн=0.
В этом случае напряжение U на зажимах аb становится равным нулю, т.к. U = IRн, а уравнение
вольт-амперной характеристики можно записать в виде:
Eэ
I  I кз 
rоэ
29
Номинальный режим
Номинальный режим электрической цепи обеспечивает технические параметры как
отдельных элементов, так и всей цепи, указанные в технической документации, в справочной
литературе или на самом элементе.
Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры.
Однако три основных параметра указываются практически всегда:
 номинальное напряжение Uном,
 номинальная мощность Рном
 номинальный ток Iном.
Работа активного двухполюсника под нагрузкой в номинальном режиме определяется
следующим уравнением, записанном для номинальных параметров
U ном  Eэ  I номrоэ
На вольт-амперной характеристике это уравнение определяется точкой 3 с параметрами Uном и
Iном.
I
Eэ
rоэ  Rн
При этом на нагрузке выделится активная мощность
Eэ
Р  I Rн 
Rн
2
(rоэ  Rн )
2
Расчеты показывают, что значение сопротивления нагрузки, согласованное с сопротивлением
источника, при котором в нагрузку будет предаваться максимальная мощность будет равно:
Rн  rоэ
При этом значение максимальной мощности, которая может выделена в нагрузке Rн будет равна
Рmax
Eэ2

4rоэ
Полезная мощность, выделяющаяся в нагрузке, определяется уравнением
Eэ
Р  I Rн 
Rн
2
(rоэ  Rн )
2
30
Полная активная мощность, выделяемая активным двухполюсником, равна
Eэ2
Рполн  Eэ I 
rоэ  Rн
Коэффициент полезного действия
Rн
Р


Рполн rоэ  Rн
при
Rн  rоэ
  0,5
Для мощных электротехнических устройств такое низкое значение КПД недопустимо. Но в
электронных устройствах и схемах, где величина Р измеряется в милливаттах, с низким КПД
можно не считаться, поскольку в этом режиме обеспечивается максимальная передача
мощности на нагрузку
Занятие 17.
Контрольная работа №3 ЭТ У17
Контрольные вопросы
1. Напишите формулу и дайте определение энергии электрического тока
2. Напишите формулу и дайте определение мощности электрического тока
3. Напишите формулу и дайте определение коэффициента полезного действия
электрической цепи.
4. Начертите и объясните энергетическую диаграмму электрической цепи.
5. Как проявляется тепловое действие электрического тока и от чего оно зависит?
6. Напишите формулу и объясните закон Джоуля – Ленца.
7. Опишите устройство плавкого предохранителя.
8. Что такое плавкая вставка и как она работает?
9. Перечислите аппараты управления электрическими цепями.
10. Начертите чертеж конструкции теплового реле и перечислите его составные части.
11. Опишите работу теплового реле.
12. Напишите формулу и объясните понятие баланса мощностей электрической цепи.
13. Опишите единицы измерения, используемые при расчете электрических цепей.
14. Опишите режим холостого хода электрической цепи
15. Опишите номинальный режим работы электрической цепи
16. Опишите режим короткого замыкания электрической цепи
17. Что такое вольт-амперная характеристика электрической цепи?
18. Начертите вольт-амперную характеристику цепи и укажите точки холостого хода и
короткого замыкания электрической цепи
31
Занятие 18. Понятие об электрических схемах
а) Общие определения
При разработке, монтаже и эксплуатации электрических устройств и установок необходимы
электрические схемы.
Схема электрической цепи — это графическое изображение, содержащее условные обозначения
элементов электрической цепи и показывающее соединения между ними.
В практике различают схемы принципиальные, схемы соединений (монтажные) и др.
Для расчета электрических цепей составляют также схемы замещения (расчетные).

Принципиальная схема определяет полный состав элементов и связей между ними. Она,
как правило, дает детальное представление о принципах работы электрического изделия,
установки.

Схема соединений (монтажная) показывает соединения составных частей изделия,
установки, определяет провода, жгуты, кабели, которыми эти соединения осуществляются,
а также места их присоединения и ввода.
По принципиальной схеме изучают принципы работы изделий, установок;
по схемам соединения осуществляют монтаж и присоединения их составных частей, те и другие
схемы используют при наладке, регулировке, контроле, ремонте и эксплуатации изделий,
установок.


Схема замещения электрической цепи отображает свойства этой цепи при определенных
условиях и применяется при расчетах.
На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых на результаты расчета
пренебречь нельзя, и указывают электрические соединения между ними, соответствующие
принципиальной схеме.
Рис.18.1 Принципиальная электрическая схема электроустановки
32
Рис.18.2. Схема замещения электрической цепи
б) Источники электрической энергии.
Источники электрической энергии являются необходимым элементом любой электрической
цепи.
Их разделяют на идеальные и реальные источники.
В свою очередь, идеальные источники делятся на источники электродвижущей силы (ЭДС) и
источники тока .
Зависимость напряжения и на зажимах реального источника от тока i через источник может
быть различной,
В простейшем случае у источника постоянной э. д. с. эта зависимость выражается уравнением
U  E  ro I
U E
Из формулы следует, если ro =0, то
Источники ЭДС - это такие элементы электрической цепи, у которых напряжение на выходе не
зависит от величины и направления протекания тока, их внутреннее сопротивление равно нулю,
их вольтамперные характеристики представляют собой прямые линии параллельные оси I
Рис.18.1 Электрическая схема источника ЭДС и его вольт-амперная характеристика.
33
Идеальным источником тока называется источник с, внутренним сопротивлением, равным
бесконечности, и током, не зависящим от сопротивления нагрузки цепи, т. е. током, значение
которого не зависит от значения напряжения и равно току короткого замыкания Iкз источника
питания.
На электрических схемах источники тока изображают в виде окружностей с двумя стрелками
внутри, указывающими положительное направление тока, и написанной рядом с окружностью
буквой I
Вольтамперная характеристика идеального источника тока представляет собой прямую линию
параллельную оси U
Рис.18.2 Электрическая схема идеального источника тока и его вольт-амперная характеристика
в) Схемы замещения элементов электрических цепей
Реальный источник электрической энергии может быть
представлен двумя схемами замещения:
 последовательным соединением источника э.д.с. и сопротивления
 параллельным соединением источника тока и проводимости.
Рис.18.3. Схема замещения реального источника последовательным соединением
источника э.д.с. и сопротивления
34
Рис.18.4. Схема замещения реального источника параллельным соединением
источника тока и проводимости
Рис.18.5. Схема замещения реального источника
а) параллельным соединением источника тока и проводимости
б) последовательным соединением источника э.д.с. и сопротивления
Все элементы электрической цепи условно можно разделить на активные и пассивные.
Активным называется элемент, содержащий в своей структуре источник электрической энергии.
35
К пассивным относятся элементы, в которых рассеивается (резисторы) или накапливается
(катушка индуктивности и конденсаторы) энергия.
Занятие 19. Задачи расчета электрических цепей.
Для расчета и анализа реальная электрическая цепь представляется графически в виде
расчетной электрической схемы (схемы замещения).
В этой схеме реальные элементы цепи изображаются условными обозначениями, причем
вспомогательные элементы цепи обычно не изображаются, а если сопротивление
соединительных проводов намного меньше сопротивления других элементов цепи, его не
учитывают.
Источник питания показывается как источник ЭДС E с внутренним сопротивлением r0,
реальные потребители электрической энергии постоянного тока заменяются их электрическими
параметрами: активными сопротивлениями R1, R2, …, Rn.
С помощью сопротивления R учитывают способность реального элемента цепи необратимо
преобразовывать электроэнергию в другие виды, например, тепловую или лучистую.
Принципиальная электрическая схема простейшей электрической цепи, обеспечивающей работу
осветительной аппаратуры, представлена на рисунке.
Рис.19.1.Принципиальная электрическая схема простейшей электрической цепи
36
Данная принципиальная схема может быть представлена в виде расчетной электрической
схемы, в которой есть источник питания с ЭДС E и внутренним сопротивлением r0, а
потребители электрической энергии: регулировочный реостат R, электрические лампочки EL1 и
EL2 заменены активными сопротивлениями R, R1 и R2.
Рис.19.2. Расчетная электрическая схема
При расчете в схеме электрической цепи выделяют несколько основных элементов.
Ветвь электрической цепи (схемы) – участок цепи с одним и тем же током. Ветвь может
состоять из одного или нескольких последовательно соединенных элементов.
Данная схема имеет три ветви:
 ветвь bma, в которую включены элементы r0, E, R и в которой возникает ток I;
 ветвь ab с элементом R1 и током I1;
 ветвь anb с элементом R2 и током I2.
Узел электрической цепи (схемы) – место соединения трех и более ветвей.
В данной схеме– два узла a и b.
Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называют параллельными.
Сопротивления R1 и R2 находятся в параллельных ветвях.
Контур – любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.
В данной схеме можно выделить три контура:
I – bmab; II – anba; III – manbm,
на схеме стрелкой показывают направление обхода контура.
Условные положительные направления ЭДС источников питания, токов во всех ветвях,
напряжений между узлами и на зажимах элементов цепи необходимо задать для правильной
записи уравнений, описывающих процессы в электрической цепи или ее элементах.
На схеме стрелками укажем положительные направления ЭДС, напряжений и токов:
37
 а) для ЭДС источников – произвольно, но при этом следует учитывать, что полюс (зажим
источника), к которому направлена стрелка, имеет более высокий потенциал по
отношению к другому полюсу;
 б) для токов в ветвях, содержащих источники ЭДС – совпадающими с направлением
ЭДС; во всех других ветвях произвольно;
 в) для напряжений – совпадающими с направлением тока в ветви или элемента цепи.
Занятие 20. Законы Кирхгофа
а) Первый закон Кирхгофа
В любом узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю
m
I
к 1
k
0
где m – число ветвей подключенных к узлу.
При записи уравнений по первому закону Кирхгофа токи, направленные к узлу, берут со
знаком «плюс», а токи, направленные от узла – со знаком «минус».
Например, для узла а :
I - I1 - I2 = 0.
Рис.20.1. Токи в узле электрической цепи
б) Второй закон Кирхгофа
В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна
алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках
n
m
 E  I
к 1
k
к 1
m
k
Rk  U k
к 1
где n – число источников ЭДС в контуре;
m – число элементов с сопротивлением Rк в контуре;
Uк = RкIк – напряжение или падение напряжения на к-м элементе контура.
Для заданной схемы запишем уравнение по второму закону Кирхгофа:
38
E = UR + U1.
Если в электрической цепи включены источники напряжений, то второй закон Кирхгофа
формулируется в следующем виде:
алгебраическая сумма напряжений на всех элементах контура, включая источники ЭДС равна
нулю
m
U
к 1
k
0
При записи уравнений по второму закону Кирхгофа необходимо:
 задать условные положительные направления ЭДС, токов и напряжений;
 выбрать направление обхода контура, для которого записывается уравнение;
 записать уравнение, пользуясь одной из формулировок второго закона Кирхгофа, причем
слагаемые, входящие в уравнение, берут со знаком «плюс», если их условные
положительные направления совпадают с обходом контура, и со знаком «минус», если
они противоположны.
Запишем уравнения по II закону Кирхгофа для контуров электрической заданной схемы:
 контур I: E = RI + R1I1 + r0I,
 контур II: R1I1 + R2I2 = 0,
 контур III: E = RI + R2I2 + r0I.
Занятие 21 Способы соединения сопротивлений и расчет эквивалентного
сопротивления электрической цепи
Сопротивления в электрических цепях могут быть соединены последовательно, параллельно, по
смешанной схеме и по схемам «звезда», «треугольник».
Расчет сложной схемы упрощается, если сопротивления в этой схеме заменяются одним
эквивалентным сопротивлением Rэкв, и вся схема представляется в виде схемы ,
представленной на рисунке, где R=Rэкв, а расчет токов и напряжений производится с помощью
законов Ома и Кирхгофа.
а) Электрическая цепь с последовательным соединением элементов
Рис.21.1. Последовательное соединение элементов цепи
39
Последовательным называют такое соединение элементов цепи, при котором во всех
включенных в цепь элементах возникает один и тот же ток I
При последовательном соединении элементов цепи общее эквивалентное сопротивление
цепи равно арифметической сумме сопротивлений отдельных участков.
Следовательно, цепь с любым числом последовательно включенных сопротивлений можно
заменить простой цепью с одним эквивалентным сопротивлением Rэкв.
Для заданной схемы:
Rэкв = R1 + R2 + R3.
В общем случае
Общее сопротивление такой цепи равно:
R общ = R1 + R2 + ..... + Rn
Напряжения в такой цепи равны:
Uобщ = U1 + U2 + ..... + Un
Токи в такой цепи равны:
I общ = I1 = I2 = ......= In
б) Электрическая цепь с параллельным соединением элементов
Параллельным соединением резисторов называется такое соединение, при котором
начала всех резисторов соединены в одну общую точку, концы резисторов соединены в другую
общую точку.
Эти точки называются узловыми точками или узлами.
Линии цепи между двумя узловыми точками называются ветвями.
Рис.21.2. Параллельное соединение резисторов
Общее сопротивление такой цепи равно:
1
1
1
1


 ..... 
R общ R1 R2
Rn
40
Для двух резисторов:
Rобщ 
R1  R2
R1  R2
Напряжения в такой цепи равны:
Uобщ = U1= U2= .....= Un
Токи в такой цепи равны:
I общ = I1+ I2 +.....+ In
в) Электрическая цепь со смешанным соединением элементов
В схемах со смешанным соединением резисторов имеются элементы как последовательного, так
и параллельного соединения . (например : см.рис.20..3)
Рис.21. 3. Пример смешанного соединения.
При расчете схем со смешанным соединением необходимо учитывать формат схемы, т.е.
каким образом соединены резисторы между собой. Для каждой схемы необходимо составлять
свою систему уравнений.
Методика расчета схем смешанного соединения резисторов следующая:

определить наличие и количество контуров с параллельно соединенными
резисторами;

определить величину эквивалентного сопротивления каждого из данных контуров;

найти сумму значений эквивалентных сопротивлений и сопротивлений
последовательно соединенных резисторов.
Например, имеем схему из трех резисторов. в которой два резистора R1 и R2 включены
параллельно, а к ним последовательно подсоединены два резистора R3 и R4.
Расчет произведем следующим образом:
Определим эквивалентное сопротивление контура из параллельно соединенных резисторов:
Rэкв 
R1  R2
R1  R2
Определим общее сопротивление всей цепи:
Rобщ = Rэкв + R3 + R4
41
г) Потенциальная диаграмма неразветвленной электрической цепи
Потенциальная диаграмма – график распределения потенциалов вдоль любого участка цепи
или контура.
При этом по оси абсцисс откладывается сопротивление участков цепи, а по оси ординат –
потенциалы между этими участками.
Возьмем цепь (см. рис.21.4)
2
I
φ
φ2
E
1
UR1
UR2
R1
φ1
φ0
φ0
R2
0
R1
R1+R2
R
0
Рис.21.4 Электрическая схема
Рис.21.5. Потенциальная диаграмма цепи
Занятие 22. Расчет электрических цепей
а) Расчет электрической цепи методом свертывания
В соответствии с методом свертывания, отдельные участки схемы упрощают и
постепенным преобразованием приводят схему к одному эквивалентному (входному)
сопротивлению, включенному к зажимам источника.
Схема упрощается с помощью замены группы последовательно или параллельно
соединенных сопротивлений одним, эквивалентным по сопротивлению.
Определяют ток в упрощенной схеме, затем возвращаются к исходной схеме и
определяют в ней токи.
Рассмотрим схему на рис. 21.1.
 Пусть известны величины сопротивлений R1, R2, R3, R4, R5, R6, ЭДС Е.
 Необходимо определить токи в ветвях схемы.
Рис.22.1
Рис.22.2
42
Сопротивления R4 и R5 соединены последовательно, а сопротивление R6 - параллельно с ними,
поэтому их эквивалентное сопротивление
После проведенных преобразований схема принимает вид, показанный на рис. 21.2, а
эквивалентное сопротивление всей цепи
Ток I1 в неразветвленной части схемы определяется по формуле:
Найдем токи I2 и I3 в схеме на рис. 21.2 по формулам:
I3 = I1 - I2 - формула получается из уравнения, составленного по первому закону Кирхгофа:
I1 - I2 - I3 = 0.
Переходим к исходной схеме на рис. 21.1 и определим токи в ней по формулам:
I6 = I3 - I4
(в соответствии с первым законом Кирхгофа I3
- I4 - I6 =0).
б) Расчет электрических цепей с использованием законов Ома и Кирхгофа
Законы Ома и Кирхгофа используют, как правило, при расчете относительно простых
электрических цепей с небольшим числом контуров, хотя принципиально с их помощью можно
рассчитать сколь угодно сложные электрические цепи.
При расчете электрических цепей в большинстве случаев известны параметры источников
ЭДС или напряжения, сопротивления элементов электрической цепи, и задача сводится к
43
определению токов в ветвях цепи. Зная токи, можно найти напряжения на элементах цепи,
мощность, потребляемую отдельными элементами и всей цепью в целом, мощность источников
питания и др.
Расчет цепи с одним источником питания
Электрическая цепь, схема которой приведена на рис. 21.3, состоит из одного источника
питания, имеющего ЭДС E и внутреннее сопротивление r0, и резисторов R1, R2, R3,
подключенных к источнику по смешанной схеме. Операции расчета такой схемы рекомендуется
производить в определенной последовательности.
Рис. 22.3
1. Обозначение токов и напряжений на участках цепи.
Резистор R1 включен последовательно с источником, поэтому ток I1 для них будет общим,
токи в резисторах R2 и R3 обозначим соответственно I2 и I3. Аналогично обозначим напряжения
на участках цепи.
2. Расчет эквивалентного сопротивления цепи.
Резисторы R2 и R3 включены по параллельной схеме и заменяются эквивалентным
сопротивлением:
.
В результате цепь на рис. 21.3 преобразуется в цепь с последовательно соединенными
резисторами R1, R23 и r0. Тогда эквивалентное сопротивление всей цепи запишется в виде:
Rэ = r0 + R1 + R23
3. Расчет тока в цепи источника. Ток I1 определим по закону Ома
44
U
I1 
Rэ
4. Расчет напряжений на
участках цепи. По закону Ома
определим величины напряжений:
U 1  I1 R1
U 23  I1 R23
Напряжение U на зажимах ab источника питания определим по второму закону Кирхгофа для
контура I (рис. 21.3):
E = I1r0 + U;
U = E - I1r0.
5. Расчет токов и мощностей для всех участков цепи. Зная величину напряжения U23,
определим по закону Ома токи в резисторах R2 и R3:
I2 
U 23
R2
I3 
U 23
R3
Определим величину активной электрической мощности, отдаваемую источником питания
потребителям электрической энергии:
P = EI1
В элементах схемы расходуются активные мощности:
P1  I12 R1
P2  I 22 R2
P3  I 32 R3
На внутреннем сопротивлении r0 источника питания расходуется часть электрической
мощности, отдаваемой источником. Эту мощность называют мощностью потерь
P
P  I12 r0
6. Проверка правильности расчетов. Эта проверка производится составлением уравнения
баланса мощностей : мощность, отдаваемая источником питания, должна быть равна сумме
мощностей, расходуемых в резистивных элементах схемы:
45
EI1  I12 (r0  R1 )  I 22 R2  I 32 R3
Кроме того, правильность вычисления токов можно проверить, составив уравнение по
первому закону Кирхгофа для узла схемы:
I1 = I2 + I3.
Расчет разветвленной электрической цепи с несколькими источниками питания
Основным методом расчета является метод непосредственного применения первого и
второго законов Кирхгофа.
В качестве примера рассмотрим цепь, схема которой приведена на рис. 21.4. Схема цепи
содержит 6 ветвей (m=6) и 4 узла: a, b, c, d (n=4). По каждой ветви проходит свой ток,
следовательно число неизвестных токов равно числу ветвей, и для определения токов
необходимо составить m уравнений. При этом по первому закону Кирхгофа составляют
уравнения для (n–1) узлов. Недостающие m–(n–1) уравнения получают по второму закону
Кирхгофа , составляя их для m–(n–1) взаимно независимых контуров. Рекомендуется выполнять
операции расчета в определенной последовательности.
Рис. 22.4
1. Обозначение токов во всех ветвях. Направление токов выбираем произвольно, но в цепях
с источниками ЭДС рекомендуются, чтобы направление токов совпадало с направлением ЭДС.
2. Составление уравнений по первому закону Кирхгофа. Выбираем 4–1=3 узла (a, b, c) и для
них записываем уравнения:
узел a: I1 - I2 - I3 = 0;
узел b: I2 - I4 + I5 = 0;
46
узел c: I4 - I5 + I6 = 0.
3. Составление уравнений по второму закону Кирхгофа. Необходимо составить 6–3=3
уравнения. В схеме на рис. 21.4 выбираем контура I, II, III и для них записываем уравнения:
контур I: E1 = I1(r01 + R1) + I3R3;
контур II:
0 = I2R2 + I4R4 + I6R7 - I3R3;
контур III:
-E2 = -I5(r02 + R5 + R6) - I4R4.
4. Решение полученной системы уравнений и анализ результатов. Полученная система из
шести уравнений решается известными математическими методами. Если в результате расчетов
численное значение тока получено со знаком «минус», это означает, что реальное направление
тока данной ветви противоположно принятому в начале расчета. Если в ветвях с ЭДС токи
совпадают по направлению с ЭДС, то данные элементы работают в режиме источников, отдавая
энергию в схему. В тех ветвях, где направления тока и ЭДС не совпадают, источники ЭДС
работает в режиме потребителя.
5. Проверка правильности расчетов. Для проверки правильности произведенных расчетов
можно на основании законов Кирхгофа написать уравнения для узлов и контуров схемы,
которые не использовались при составлении исходной системы уравнений:
узел d: I3 + I6 - I1 = 0
внешний контур схемы: E1 - E2 = I1(r01 + R1) + I2R2 - I5(r02 + R5 +R6) +I6R7.
Независимой проверкой является составление уравнения баланса мощностей с учетом
режимов работы элементов схемы с ЭДС:
.
Если активная мощность, поставляемая источниками питания, равна по величине активной
мощности, израсходованной в пассивных элементах электрической цепи, то правильность
расчетов подтверждена.
в) Соединение элементов электрической цепи по схемам «звезда» и «треугольник»
В электротехнических и электронных устройствах элементы цепи соединяются по
мостовой схеме (рис. 22.5). Сопротивления R12, R13, R24, R34 включены в плечи моста, в
диагональ 1–4 включен источник питания с ЭДС Е, другая диагональ 3–4 называется
измерительной диагональю моста.
47
Рис. 21.5
Рис. 21.6
В мостовой схеме сопротивления R13, R12, R23 и R24, R34, R23 соединены по схеме
«треугольник». Эквивалентное сопротивление этой схемы можно определить только после
замены одного из треугольников, например треугольника R24 R34 R23 звездой R2 R3 R4 (рис. 21.6).
Такая замена будет эквивалентной, если она не вызовет изменения токов всех остальных
элементов цепи. Для этого величины сопротивлений звезды должны рассчитываться по
следующим соотношениям:
;
;
.
Для замены схемы «звезда» эквивалентным треугольником необходимо рассчитать
сопротивления треугольника:
;
После проведенных преобразований (рис. 22.6)
эквивалентного сопротивления мостовой схемы (рис. 22.5)
;
.
можно
определить
величину
г) . Нелинейные элементы электрических цепей.
1) Основные определения
В линейной электрической цепи сопротивления ее элементов не зависят от величины или
направления тока или напряжения.
Вольтамперные характеристики линейных элементов (зависимость напряжения на элементе от
тока) являются прямыми линиями (рис. 22.7).
48
Рис. 22.7
Определим величину линейного сопротивления по характеристике (см. рис. 22.1.)
R1 
U1 2
  0,66 Ом
I1 3
R2 
U 2 4,1

 0,66 Ом
I2
6,1
Таким образом, значение линейного элемента не зависит от изменения напряжения и тока
В нелинейной электрической цепи сопротивления ее элементов зависят от величины или
направления тока или напряжения.
Нелинейные элементы имеют криволинейные вольтамперные характеристики, симметричные
или несимметричные относительно осей координат.
Сопротивления нелинейных элементов с симметричной характеристикой не зависят от
направления тока.
Сопротивления нелинейных элементов с несимметричной характеристикой зависят от
направления тока. Например, электролампы, термисторы имеют симметричные вольтамперные
характеристики (рис. 22.2), а полупроводниковые диоды - несимметричные характеристики
(рис. 22.3).
Рис.22.8. Вольтамперная симметричная характеристика нелинейного элемента
49
Рис.22.9. Вольтамперная несимметричная характеристика нелинейного элемента
2) Графический метод расчета нелинейных цепей постоянного тока
Известные аналитические методы непригодны для расчета нелинейных электрических
цепей, так как сопротивления нелинейных элементов зависят от направления и значения тока
или напряжения.
Применяются графоаналитические методы, основанные на применении законов Кирхгофа и
использовании заданных вольтамперных характеристик (ВАХ) этих элементов. Рассмотрим
электрическую цепь, состоящую из двух последовательно соединенных нелинейных
сопротивлений н.с.1 и н.с.2 (рис. 22.4).
ВАХ 1 и ВАХ 2 приведены на рис. 22.5.
Рис. 22.10. Схема электрической цепи из двух последовательно соединенных нелинейных
сопротивлений
К цепи подведено напряжение U, и оно равно сумме падений напряжений на н.с.1 и н.с.2:
50
По всей цепи протекает один и тот же ток I, так как н.с.1 и н.с.2 соединены между собой
последовательно.
Для определения тока в электрической цепи нужно построить результирующую ВАХ цепи.
Рис. 22.11. Вольтамперная характеристика электрической цепи из двух последовательно
соединенных нелинейных сопротивлений
Для построения этой характеристики следует суммировать абсциссы кривых 1 и 2
(аг = аб + ав), соответствующие одним и те же значениям тока.
Далее, задаваясь произвольным значением тока (например, больше I' и меньше I' ) можно
построить ВАХ всей цепи (рис. 22.11, кривая 3).
Затем, пользуясь этой ВАХ, можно найти искомый ток всей цепи и искомые напряжения на
н.с.1 и н.с.2.
Занятие 23 Контрольная работа №4 ЭТ У23
Контрольные вопросы:
1. Дайте определения и назовите отличия между принципиальной схемой и схемой
соединений.
2. Что такое идеальный источник ЭДС?
3. Что такое идеальный источник тока?
4. Чем отличается расчетная электрическая схема от принципиальной электрической
схемы?
5. Что такое ветвь электрической цепи?
6. Что представляет собой узел электрической цепи?
7. Начертите схему с тремя контурами электрической цепи и дайте объяснения.
8. Напишите формулу и дайте определение первому закону Кирхгофа.
9. Напишите формулу и дайте определение второму закону Кирхгофа.
10. Начертите схему с тремя контурами и составьте уравнения цепи по второму закону
Кирхгофа.
11. Начертите схему с последовательным соединением резисторов и напишите формулы для
ее расчета
12. Начертите схему с параллельным соединением резисторов и напишите формулы для ее
расчета
13. Начертите схему со смешанным соединением резисторов и напишите формулы для ее
расчета
14. Начертите схему электрической цепи и составьте потенциальную диаграмму для нее.
Объясните порядок построения.
15. Что такое нелинейные элементы электрических цепей?
51
16. Начертите симметричную вольт-амперную характеристику нелинейного элемента и
объясните ее сущность.
17. Начертите несимметричную вольт-амперную характеристику нелинейного элемента и
объясните ее сущность.
18. Объясните сущность графического расчета нелинейных электрических цепей.
Тема 3 Магнитное поле. и магнитные цепи.
Занятие 24. Магниты и магнитное поле .
а) Постоянные магниты
В отличие от электромагнитов, приобретающих магнитные свойства лишь при включении тока,
постоянные магниты имеют эти свойства изначально и сохраняют их неограниченно долго.
Проделаем опыт с дугообразным магнитом, Положим его в коробочку с
мелкими железными опилками. Встряхнем коробочку и достанем магнит. Мы
увидим, что опилки прилипают не ко всей поверхности магнита, а лишь к
некоторым его частям – полюсам магнита. Любой магнит имеет не менее
двух полюсов.
Рис.24.1. Опилки на полюсах магнита.
Рис.24.2. Ориентированный по сторонам горизонта магнит
Подвесим полосовой магнит на длинной нити так, чтобы он мог свободно поворачиваться.
Когда качания магнита прекратятся, он обязательно расположится так, что один из его полюсов
укажет в сторону северной части горизонта, а другой – в сторону южной. Поэтому полюсы
магнита называются северным (N) и южным (S) полюсами.
52
Поднося к подвешенному магниту второй магнит, мы легко
обнаружим, что их одноименные полюса отталкиваются, а
разноименные – притягиваются. Этот опыт будет выглядеть
эффектнее, если вместо тяжелых и неповоротливых полосовых
магнитов использовать две легкие магнитные стрелки,
свободно вращающиеся на остриях..
Рис. 24.3. Ориентированные относительно друг друга магнитные стрелки
б) Магнитное поле проводника с током:
Рис.24.4. Тока в проводе нет
Рис.24.5 Ток в проводе есть
В штативе закрепим провод, концы которого можно подключать к источнику тока. Рядом с
проводом разместим магнитную стрелку от компаса, надетую на иглу.
Пока ток не включен, разместим приборы так, чтобы стрелка указывала на провод (рис.23.4)
При подключении концов провода к источнику постоянного тока стрелка "отвернется" от
провода (рис.23.5).
Если магнитные стрелки отклоняются от первоначального направления, значит, в этих
точках пространства действуют какие-то силы. Другими словами, в пространстве вокруг
провода с током существует силовое поле. Это поле вокруг проводника с током называют
магнитным полем.
Магнитное поле обнаруживается благодаря магнитным явлениям:



притяжению и отталкиванию проводов с токами или намагниченных тел,
действию проводника с током на магнитную стрелку,
электромагнитной индукции.
б) Магнитная индукция
Количественная оценка магнитной индукции:
Для оценки интенсивности магнитного поля введено понятие магнитной индукции. Магнитная
индукция обозначается буквой В.
Магнитная индукция — векторная величина, характеризующая магнитное поле и
определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны
магнитного поля.
53
Модулем вектора магнитной индукции является отношение максимальной силы,
действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению
силы тока в проводнике на длину этого участка.:
F
B
I  l
Где: В - магнитная индукция " Тесла" [ Тл ]
I - сила тока в проводнике, А
∆l – длина участка проводника, м
Линии магнитной индукции
Графически магнитное поле можно изобразить с помощью линий магнитной индукции.
Магнитное поле тока прямолинейного провода имеет линии магнитной индукции в виде
окружностей, лежащих в плоскостях, перпендикулярных направлению тока, с центром на оси
провода.
Направление магнитной индукции в этом случае
определяется с помощью правила буравчика:
если направление поступательного движения буравчика
(винта) совместить с направлением тока в проводе, то
вращение рукоятки (головки винта) покажет направление
линий магнитной индукции.
Рис. 24. 6. Линии магнитной индукции прямолинейного
проводника с током
в) Напряженность магнитного поля
Для расчета магнитный полей применяют и другую физическую величину – напряженность
магнитного поля Н . Единицей напряженности магнитного поля является Ампер/метр (А/м)
Связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля для немагнитных
материалов определяется выражением
В  0 Н
54
Где: В – магнитная индукция, Тл
Н – напряженность магнитного поля, А/м.
0  4  107
Гн
м - магнитная постоянная
г) Магнитный поток
Величина магнитной индукции, проходящей через поверхность площадью s, перпендикулярной
вектору магнитной индукции, называется магнитным потоком Ф.
Рис.24.7. Магнитный поток
Величина магнитного потока определяется по формуле:
Ф=Вs
Где:
Ф – магнитный поток Вб, вебер.
В- магнитная индукция, Тл
s – площадь площадки, м2
Занятие 25.Магнитные свойства веществ
а) Ферромагнетики, диамагнетики и парамагнетики
Вещества, помещенные в магнитное поле, ведут себя по-разному. Такие вещества, как
золото, серебро, медь, цинк и ряд других, незначительно ослабляют магнитное поле внутри
вещества. Их называют диамагнетиками.
Платина, магний, алюминий, хром, палладий, щелочные металлы, кислород и др.
наоборот незначительно увеличивают магнитное поле. Они называются парамагнетиками.
Вещества, в которых собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи
раз. превосходить вызвавшее его внешнее поле, называются ферромагнетиками. К ним
относятся железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), некоторые редкоземельные элементы, а также
сплавы на базе этих элементов.
55
В электротехнике принято подразделять все вещества на магнитные (ферромагнетики) и
немагнитные (диамагнетики и парамагнетики).
Ферромагнетизм обусловлен наличием в веществе маленьких намагниченных областей
— доменов, в которых магнитные моменты атомов имеют одно и то же направление. Каждый
домен является маленьким магнитом.
Ферромагнетик состоит из большого числа доменов, которые при отсутствии внешнего
магнитного поля ориентированы произвольным образом, так что ферромагнетик остается
немагнитным.
При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле домены, направление
которых близко к направлению силовых линий внешнего поля, начинают расти, а домены,
намагниченные против внешнего поля, уменьшаются и, наконец, исчезают.
При дальнейшем увеличении напряженности внешнего поля все домены
устанавливаются вдоль силовых линий поля, наступает магнитное насыщение и
намагниченность почти не растет.
Если теперь уменьшить напряженность внешнего поля до нуля, то ориентация доменов
нарушится лишь частично, поэтому намагниченность ферромагнетика уменьшается, но не до
нуля.
Чтобы уничтожить остаточную намагниченность образца, нужно приложить внешнее
поле противоположного направления. Напряженность такого магнитного поля называют
коэрцитивной силой Нс .
б) Магнитная индукция и напряженность магнитного поля ферромагнетиков
Для расчета индукции магнитного поля В в ферромагнетике используют выражение,
которое учитывает способность к намагничиванию материала,
В   r 0 H   a H
где: Н — напряженность внешнего магнитного поля;
r - относительная магнитная проницаемость материала;
a - абсолютная магнитная проницаемость материала.
B – магнитная индукция
0  4  107
Гн
м - магнитная постоянная
Для ферромагнетиков r » 1, в то время как в немагнитных материалах r = 1.
в) Характеристики магнитных материалов
Основными характеристиками ферромагнетиков являются кривая намагничивания В(Н) и петля
гистерезиса (рис. 24.2)
Рассмотрим процесс переменного намагничивания магнитного материала.
Для этой цели намотаем на стальной сердечник обмотку и будем по ней пропускать
постоянный ток. Предположим, что сердечник электромагнита ранее не был намагничен.
56
Рис.25.1. Схема опыта
Увеличивая проходящий по виткам обмотки ток I от нуля, мы тем самым будем увеличивать
намагничивающую силу и напряженность поля Н.
Величина магнитной индукции В сердечнике будет также увеличиваться.
Кривая намагничивания Оа имеет прямолинейную часть, а затем вследствие насыщения кривая
поднимается медленно, приближаясь к горизонтали.
Если теперь, достигнув точки а , уменьшать Н, то будет уменьшаться и В. Однако
уменьшение В при уменьшении Н, т. е. при размагничивании, будет происходить с запаздыванием по отношению к уменьшению Н. Величина остаточной индукции при Н=0
характеризуется отрезком Об.
Рис.25.2. Петля гистерезиса.
Для того чтобы магнитная индукция в сердечнике стала равной нулю, необходимо
намагничивать материал в обратном направлении, т. т.е. перемагничивать его.
Для этой цели направление тока в обмотке меняется на обратное. Направление магнитных
линий и напряженности поля также изменяется. При напряженности поля Н=ов, индукция в
сердечнике равна нулю и материал сердечника полностью размагничен.
Значение напряженности поля Н = ов при В = 0 является определенной характеристикой
материала и называется задерживающей (коэрцитивной) силой.
57
Повторяя процесс перемагничивания, мы получаем замкнутую кривую а б в г д е а, называемую
петлей гистерезиса.
На этом опыте легко убедиться, что намагничивание и размагничивание сердечника (появление
и исчезновение полюсов, магнитной индукции или магнитного потока) отстают от момента
появления и исчезновения намагничивающей и размагничивающей силы (тока в обмотке
электромагнита
Если величина напряженности магнитного поля превышает значение, при котором
наступает магнитное насыщение, т. е. Нmax > HS, то размеры петли больше не увеличиваются,
растут только безгистерезисные участки (а и г см. на рис. 24.2.) Такая петля называется
предельной петлей гистерезиса.
Намагничивание ферромагнитного материала, впервые помещенного в магнитное поле,
происходит по линии оа. Точки в и е предельной петли гистерезиса соответствуют
коэрцитивной силе Нс(-Нс), а точки б и д дают значения остаточной индукции Вг(-Вг).
Рис.25.3. Петли гистерезиса магнитомягких и магнитотвердых материалов
В зависимости от значения коэрцитивной силы все магнитные материалы принято делить на
магнитомягкие (кривая 1 рис.24.3;) и магнитотвердые (кривая-2).
Магнитомягкие материалы имеют малую коэрцитивную силу и узкую петлю гистерезиса. К
этой группе относят электротехническую сталь, пермаллои, ферриты. Применяют эти
материалы в таких электротехнических устройствах, как электрические машины,
трансформаторы, электрические аппараты и др.
Магнитотвердые материалы имеют большую коэрцитивную силу и широкую петлю
гистерезиса. Будучи намагниченными, они сохраняют намагниченность и после снятия
намагничивающего поля. Из таких материалов изготовляют постоянные магниты, которые
широко применяются в различных устройствах.
У26. Классификация, элементы и характеристики магнитных цепей
Для электрических машин и многих электротехнических устройств основным
функциональным элементом является магнитная система. Обычно магнитную систему
представляют в виде магнитной цепи.
58
Магнитная цепь содержит источники магнитного поля, систему магнитопроводов из
ферромагнитного материала, другие вещества или воздушный зазор, по которым замыкается
магнитный поток (рис. 25.1).
Рис.26.1. Неразветвленная магнитная цепь
В качестве источника магнитного поля обычно применяется катушка с числом витков w1 , по
которой протекает ток I.
Обмотка с током возбуждает магнитное поле и характеризуется магнитодвижущей силой
(МДС)
F  I w
Где: F – магнитодвижущая сила, А
I - сила тока, А
w – количество витков кат ушки.
Единицей МДС является ампер (А), еще эту единицу называют ампер-виток.
В магнитной цепи МДС играет такую же роль, как ЭДС в электрической.
Проводя аналогию с электрической цепью, отметим, что в магнитной цепи магнитопровод
играет роль проводов, а роль нагрузки играет, как правило, воздушный зазор, в котором для
функционирования устройства необходимо создать определенное магнитное поле.
Магнитная цепь может быть неразветвленной (см. рис. 25.1) и разветвленной (см. рис. 25.2).
Рис.26.2. Разветвленная магнитная цепь
59
Реальная магнитная цепь характеризуется не только магнитным потоком Ф, протекающим по
магнитопроводу, но и потоками рассеяния Ф„ а также выпучиванием магнитных силовых линий
в области воздушного зазора.
Обычно при анализе магнитных цепей пользуются следующими допущениями: индукция В
принимается постоянной по сечению; пренебрегают потоками рассеяния и выпучиванием; вводят среднюю длину различных участков магнитопровода.
Занятие 27. Основные законы магнитной цепи.
Расчет простейших магнитных цепей
а) Законы Кирхгофа для магнитных цепей.
Расчет магнитных цепей проводится на основе законов Кирхгофа для магнитных цепей. Этих
законов два.
Первый закон Кирхгофа
Применяют к магнитным узлам разветвленной магнитной цепи. Согласно этому закону
алгебраическая сумма потоков равна нулю.
Для цепи (см. рис. 26.2) имеем
Ф1  Ф2  Ф3  0
Второй закон Кирхгофа
Применяют к магнитным контурам. В соответствие с этим законом алгебраическая сумма
магнитных напряжений равна алгебраической сумме намагничивающих сил в контуре.
Для контура АВСD (см. рис.26.1) получаем
I1w1  H1lDA  H1l AB  H 3lBC  H BlB  H1lCD
или
I1w1  U м DA  U м AB  U м BC  U м CD
Где: U м DA ; U м AB ; U м BC ; U м CD
магнитной цепи
Единицей магнитного напряжения
- магнитные напряжения на различных участках
U м  Hl
является Ампер (А)
60
Рис.27.1. ко второму закону Кирхгофа
Часто при расчете магнитных цепей применяют закон Ома для участка магнитной цепи. По
аналогии с электрической цепью магнитное сопротивление выражается отношением
Uм
Rм 
Ф
Магнитное сопротивление магнитопровода цепи, изображенной на рис.26.2. равно:
Рис.27.2. к расчету магнитного сопротивления цепи
Rм . м 
U м. м Hl
Hl
l



Ф
BS  r 0 HS  r 0 S
Магнитное сопротивление воздушного зазора Rм.в.той же цепи равно.
61
R м. В 
U м. В H В l В
H ВlВ
l


 В
Ф
BS
0 H В S 0 S
Где: U м. м ;U м. В. ; - магнитные напряжения магнитопровода и воздушного зазора
соответственно;
S — площадь магнитного сердечника.
б) Примеры расчета магнитной цепи.
При расчете неразветвленной магнитной цепи различают две задачи: прямую и обратную.
В прямой задаче известны геометрические размеры, магнитные свойства магнитопровода и
значение магнитной индукции В или магнитного потока Ф.
В обратной задаче по заданному значению МДС обмотки расчета магнитной цепи определяется
магнитный поток или индукции. Причем задача решается методом последовательных
приближений, когда произвольно задаются значением искомого магнитного потока и решают
прямую задачу, находя соответствующую МДС. Если она не соответствует заданной, изменяют
значение потока и снова решают прямую задачу. Процесс повторяют до получения
удовлетворительного совпадения расчетной МДС с заданной.
Пример 1:
Рассмотрим прямую задачу для магнитной цепи (см. рис.26.2).
Последовательность решения:
 По закону полного тока
I w  Hl  H B l B  Hl 
Bl B
0
 Hl  8  105 Bl B
В
Где: H В  B 
 8 10 5 B
 0 4 10 7



Поток связан с индукцией соотношением Ф = BS, поэтому при заданном потоке находим
индукцию В.
Затем по кривой намагничивания В(Н) находим Н,
затем находим Iw.
Задача:
Определить количество витков обмотки электромагнита (рис.26.3.) ,
если ток электромагнита I=20А,
а поток, при котором якорь начинает притягиваться равен Ф = 3 0 ∙ 1 0 - 4 Вб.
Магнитопровод изготовлен из электротехнической стали ЭЗЗО.
Размеры электромагнита: l1 = 30 см; l2=5 см; l3 = l4 = 12 см; lв = 0,5 см; S1 = 30 см2; S3 = 25 см2.
62
Рис.27.3. Магнитная цепь электромагнита
Решение:
1) Определим магнитную индукцию на участках магнитопровода:
Ф 30  10 4
В1  В2  В4 

 1 Тл
S1 30  10 4
Ф 30  10 4

 1,2 Тл
S 3 25  10  4
2) По кривой намагничивания для стали Э330 ( см. рис.26.4) определяем напряженность
магнитного поля Н1 и Н3
Н1  312,5 А / м
Н 3  500 А / м
В3 
Рис.27.4. Кривая намагничивания стали Э330
Напряженность в воздушном зазоре Нв = 8 ∙ 105В1= 8∙105 А/м.
Магнитодвижущая сила
Iw = Н1(2l1 +l4) + Hв∙2lв + H3(2l2 + l3) = 312,5 ∙ (2 ∙30 + 12) ∙ 10 -2 + 8∙105∙2∙ 0,5 ∙10 -2 +
+500(2∙2,25 + 12) ∙10 -2 = 8310 А.
63
Число витков w 
Iw 8310

 416
I
20
Занятие 28 Сила Ампера
а) Опыт по определению силы Ампера
Выясним, как поле магнита будет действовать на проводник с током. (см.рис.27.1 и 27.2.)
Рис.28.1. В проводнике тока нет.
Рис.28.2. По проводнику протекает ток
В начале опыта провод свисает свободно, извиваясь при этом (рис.1). Если же концы
провода присоединить к источнику постоянного тока, то провод втягивается внутрь магнита
(рис.2).
Переменив подключение концов провода к "+" и "–" источника тока, мы обнаружим, что
провод выталкивается из промежутка между полюсами магнита.
Видоизменим опыт. Вместо проводника в виде гибкого провода возьмем толстую
алюминиевую проволоку, согнутую в виде жесткой рамки..
Рис.28.3 Тока в рамке нет
64
Рис.28.4 и 28.5. Ток в рамке есть, рамка поворачивается на 90 градусов
Если сначала рамка расположена так, как на рисунке 27. 3, то после включения тока
(рис.27.4) рамка начнет поворачиваться, пока не займет положение, показанное на рисунке
27.5.
Выясним теперь, почему рамка вообще поворачивается. На рисунке 27. 4 показано, что в
левой части рамки ток идет вниз (и эта часть перемещается в глубь магнита), а в правой
части рамки ток идет вверх (и она перемещается наружу).
Итак, на противоположные стороны рамки с током, находящейся в магнитном поле,
действуют противоположно направленные силы, разворачивающие рамку.
Сила, действующая на проводник с током , находящемся в поле постоянного магнита
называется электромагнитной силой или силой Ампера.
На рисунке 28.6 показан прямолинейный провод в пространстве между полюсами
постоянного магнита, расположенный так, что между направлениями вектора магнитной
индукции В и тока в проводе I угол α = 90°.
На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера, величина которой
определяется формулой:
F=B∙I∙l sin α
где: В — магнитная индукция, Тл;
I —ток в проводе, А;
l —длина части провода, расположенной в магнитном поле, м;
F — величина электромагнитной силы, Н.
На провод с током, расположенным вдоль линий магнитной индукции, магнитное поле не
действует.
65
Рис. 28. 6. Определение направления действия силы Ампера.
Направление электромагнитной силы наиболее определяется по правилу левой руки.
Правило левой руки :
Если расположить левую руку так, чтобы вытянутые четыре пальца
(кроме большого) показывали направление тока в проводе, а линии магнитной
индукции «входили» в ладонь, то большой палец, отогнутый перпендикулярно
остальным четырем, покажет направление электромагнитной силы.
Занятие 29 Электромагнитная индукция.
а) Явление электромагнитной индукции:
Если проводник без тока перемещать в поле постоянного магнита, то на концах проводника
возникает электродвижущая сила. То есть проводник становится источником электрической
энергии. Это явление называется явлением электромагнитной индукции.
Индуктированная э. д. с. возникает в следующих трех случаях:
 Когда движущийся проводник пересекает неподвижное магнитное поле или,
наоборот, перемещающееся магнитное поле пересекает неподвижный проводник; или
когда проводник и магнитное поле, двигаясь в пространстве, перемещаются один относительно другого.
 Когда .переменное магнитное поле одного проводника, действуя на другой проводник,
индуктирует в нем э. д. с. (взаимоиндукция).
 Когда изменяющееся магнитное поле проводника индуктирует в нем самом ЭДС,
(самоиндукция).
Таким образом, всякое изменение во времени величины магнитного потока, пронизывающего
замкнутый проводящий контур (виток, рамку), сопровождается появлением в проводнике .
индуктированной ЭДС.
66
б) Определение величины и направления индуктированной эдс:
Рис.29.1. Определение направления ЭДС в движущемся проводнике
Направление индуктированной ЭДС зависит от направления движения проводника и от
направления магнитного поля.
Для определения направления индуктированной ЭДС в проводнике служит
правило правой руки:
Если мысленно расположить правую руку в магнитном поле вдоль
проводника так, чтобы магнитные линии, выходящие из северного полюса,
входили в ладонь, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения
проводника, то четыре вытянутых пальца будут показывать направление
индуктированной ЭДС в проводнике (см. рис.28. 1.).
Величина индуктированной ЭДС находится по формуле:
е  B  l  v  sin 
Где:
е – индуктированная эдс, В.
В – магнитная индукция магнита, Тл.
l – длина проводника, м.
v – скорость движения проводника, м/с.
α – угол между магнитными линиями и проводником, °.
67
Занятие 30
Самоиндукция
а) Явление самоиндукции.
Рис.30.1. Схема опыта.
При замыкании выключателя Кл в цепи с катушкой и лампочкой возникнет электрический
ток , однако лампочка загорается не сразу после замыкания контактов выключателя. Это
запаздывание загорания лампочки объясняется явлением самоиндукции при протекании
электрического тока по виткам катушки.
С появлением тока вокруг проводника возникает магнитное поле, индукционные линии
которого пересекают витки катушки и индуктируют в них ЭДС.
Эта ЭДС называется ЭДС самоиндукции.
Так как всякая индуктированная ЭДС направлена против причины, ее вызвавшей, а этой
причиной будет ЭДС источника, то ЭДС самоиндукции будет направлена против ЭДС
источника.
Таким образом, ток устанавливается в цепи не сразу. Только когда магнитный поток
установится, пересечение проводника магнитными линиями прекратится и ЭДС самоиндукции
исчезнет. Тогда в цепи будет протекать постоянный ток.
Рис. 30.2. График нарастания тока в цепи с учетом э. д. с. самоиндукции
68
б) Индуктивность цепи.
При размыкании цепей, содержащих большое количество витков и массивные стальные
сердечники или, как говорят, обладающих большой индуктивностью, ЭДС самоиндукции может
быть во много раз больше ЭДС источника напряжения.
Следует учитывать, что ЭДС самоиндукции проявляет себя не только в моменты включения
и выключения цепи, но также и при всяких изменениях тока.
Величина ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения тока в цепи и определяется
выражением :
i
e c  L
t
i
Где:  t – скорость изменения тока в цепи, А/с.
L – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью, Гн (генри)
1 генри = 103 миллигенри (мГн) = 106 микрогенри (мкГн).
Знак "-" говорит о том, что эдс самоиндукции всегда направлена встречно эдс источника
основного тока.
Величина ЭДС самоиндукции зависит от индуктивности самой цепи. Цепями с большой
индуктивностью являются обмотки генераторов, электродвигателей, трансформаторов и индукционных катушек, обладающих стальными сердечниками.
Меньшей индуктивностью обладают прямолинейные проводники. Короткие прямолинейные
проводники, лампы накаливания и электронагревательные приборы (печи, плитки)
индуктивностью практически не обладают и появления ЭДС самоиндукции в них почти не
наблюдается.
Занятие 31
Взаимоиндукция
а) Явление взаимоиндукции.
Рис.31.1. Магнитосвязанные катушки
69
Если по одной из двух магнитносвязанных катушек (см. рис.29.1.) пропустить переменный
ток, то на концах обмотки второй катушки появится электродвижущая сила.
Это явление называется взаимоиндукцией.
Величина эдс взаимоиндукции зависит от параметров обеих катушек, а также от параметров
магнитной среды между катушками.
Эта магнитная взаимосвязь выражается коэффициентом магнитной взаимосвязи М.
Предположим, что изменяется ток i1 в первой катушке. ЭДС взаимоиндукции е2 во второй
катушке пропорциональна скорости изменения этого тока:
i1
e2   M
t
Аналогично, при изменении тока i2 ЭДС взаимоиндукции
i2
e1   M
t
В том и другом случае коэффициентом пропорциональности является взаимоиндуктивность
системы М.
Знак "-" в применении к такой системе указывает на то, что изменение тока в одной катушка
встречает противодействие со стороны другой катушки.
Занятие 32
Контрольная работа ЭТ У32
Контрольные вопросы:
1. Назовите способы определения магнитного поля проводника с током.
2. Дайте определение и напишите формулу магнитной индукции.
3. Опишите правило и приведите чертеж для направления магнитной индукции проводника
с током
4. Дайте определение напряженности магнитного поля.
5. Дайте определение и напишите формулу магнитного потока.
6. Дайте определение ферромагнетикам и диамагнетикам.
7. Приведите формулу для определения магнитной индукции ферромагнетиков.
8. Что является характеристиками магнитных материалов?
9. Опишите опыт получения петли Гистерезиса?
10. Чем отличаются друг от друга магнитомягкие и магнитотвердые материалы?
11. Начертите петлю гистерезиса магнитотвердого материала и укажите на ней величину
остаточной магнитной индукции.
12. Начертите петлю гистерезиса магнитотвердого материала и укажите на ней величину
коэрцитивной силы.
13. Приведите и объясните формулу для определения магнитодвижущей силы.
70
14. Напишите и объясните формулу первого закона Кирхгофа для расчета магнитных цепей.
15. Напишите и объясните формулу второго закона Кирхгофа для расчета магнитных цепей.
16. Напишите и объясните формулы для определения магнитного сопротивления участка
магнитопровода.
17. Что такое кривая намагничивания и для каких целей она используется?
18. Дайте определение и напишите формулу силы Ампера.
19. Приведите рисунок и правило для определения направления действия силы Ампера.
20. Опишите явление электромагнитной индукции.
21. Напишите формулу для определения величины ЭДС электромагнитной индукции.
22. Приведите рисунок и правило для определения направления действия ЭДС
электромагнитной индукции.
23. Опишите явление самоиндукции.
24. Дайте определение и объясните понятие индуктивности цепи.
25. Опишите явление взаимоиндукции.
26. Напишите формулу для определения ЭДС самоиндукции и объясните ее.
Примечание: Каждому учащемуся необходимо решить задачу, предложенную
преподавателем.
Тема 4. Электрические цепи переменного тока
Занятие 33. Переменная ЭДС.
а) Вращение витка в равномерном магнитном поле
ЭДС в рамке, имеющей два активных проводника длиной l (см. рис.32.1) ,при ее вращении в
поле постоянного магнита возникает ЭДС, равная
е = 2B∙v∙l∙ sin β
(в дальнейшем все изменяющиеся во времени величины: токи, напряжения, ЭДС и т. д.—
будем обозначать малыми буквами в отличие от постоянных значений для тех же величин,
которые обозначают большими буквами).
При равномерном вращении рамки линейная скорость проводника не изменяется и будет
равна:
v
D
2
Где: D – диаметр рамки.(м)
ω – угловая скорость вращения рамки, ( градус/с)
71
Рис.33.1. Генератор для получения переменного тока.
Угол между направлением скорости и направлением магнитного поля изменяется
пропорционально времени:
   t
Угол β определяет положение вращающейся рамки относительна плоскости,
перпендикулярной направлению магнитной индукции. (см.рис.32.2)
Положение рамки в момент начала отсчета времени t = 0 характеризуется углом β = 0.
Поэтому ЭДС в рамке является синусоидальной функцией времени :
е = BlDωsinωt.
Наибольшей величины ЭДС достигает при угле β= ωt = 90°
Еm = BlDω;
тогда мгновенное значение ЭДС при любом угле поворота рамки β определится
выражением:
е = Em sin ωt.
В рассмотренном случае синусоидальное изменение ЭДС достигается за счет непрерывного
изменения угла, под которым проводники пересекают линии магнитной индукции.
Рис.33.2. Вращение рамки в магнитном поле
72
График, полученной при вращении витка в поле постоянного магнита, переменной ЭДС
показан на рисунке 32.3. Положения 1 и 3 соответствуют угу поворота β=0 и β=180°,
положения 2 и 4 соответствуют углу поворота β=90° и β=270°.
Рис.33.3. График переменной ЭДС
Занятие 34 Параметры переменного тока
а) Уравнение и график синусоидально изменяющихся величин
Уравнение любой синусоидально изменяющейся величины имеет вид:
e=Em sin (ωt +ψ)
График синусоидально изменяющейся величины приведен на рисунке 33. 1.
Уравнением и графиком задаются все характеристики синусоидально изменяющейся величины:

амплитуда Еm ,

угловая частота ω ,

начальная фаза ψ ,

период T,

частота f ,

мгновенная величина для любого момента времени e.
73
Рис.34.1. График синусоидально изменяющейся величины.
б) Параметры переменной величины.
Приведенные ниже определения распространяются на все величины, изменяющиеся по
синусоидальному закону (ЭДС, ток, напряжение и др.). Для краткости изложения излагаем
определения только для электродвижущей силы.

Мгновенная величина (или мгновенное значение) е — величина ЭДС в рассматриваемый
момент времени.

Период Т — наименьший интервал времени, по истечении которого мгновенные величины
периодической ЭДС повторяются. Если аргумент синусоидальной функции выражается в
углах, то период выражается постоянной величиной 2π.
1
 Частота f— величина, обратная периоду: f 
т. е. частота равна числу периодов
T
переменной ЭДС в секунду. Частота выражается в герцах (Гц): 1 Гц = 1/с.

Амплитуда Еm — наибольшая величина, которую принимает ЭДС в течение периода.
 Фаза (фазовый угол ωt ±ψ)— аргумент синусоидальной ЭДС, отсчитываемый от ближайшей
предшествующей точки перехода ЭДС через нуль к положительному значению. Фаза в любой
момент времени определяет стадию гармонического изменения синусоидальной э. д. с.
Начальная фаза ψ —фаза синусоидальной ЭДС в начальный момент времени. Если синусойда
начинается с нулевого положения, то начальная фаза равна нулю. (см. рис.1) Синусойда тока
(см. рис.33.2 ) опережает синусойду напряжения на угол 90° (π/2), следовательно начальная
фаза тока будет равна π/2.
Уравнения для напряжения и тока будут выглядеть:
u=Um sin ωt
i=Im sin (ωt + π/2)

Две синусоидальные величины, имеющие разные начальные фазы, называются сдвинутыми
по фазе.
74
 Угловая частота ω — скорость изменения фазы. За время одного периода Т фазовый угол
равномерно изменяется на 2π, поэтому

2
 2 f
Т
Рис.34.2. Графики тока и напряжения, сдвинутых по фазе на π/2
в) Действующая величина переменного тока
При определении действующей величины переменного тока можно исходить из какого-либо его
действия в электрической цепи (теплового, механического взаимодействия проводов с токами и
т. д. ). Будем исходить из теплового действия тока.
Рис. 34.3. Тепловое действие переменного и постоянного тока.
75
Если за один и тот же промежуток времени измерить количество тепла, выделенное на
активном элементе электрической цепи, постоянным и переменным током, то окажется, что
постоянный ток выделит тепла больше, чем переменный.
Чтобы постоянный и переменный ток выделили одинаковое количество тепла, необходимо
уменьшить амплитуду постоянного тока.
Рассчитано, что при выполнении этого условия амплитуда постоянного тока будет составлять
0,707 от амплитуды переменного тока.
Действующая величина переменного тока I численно равна величине
постоянного тока, который в одном и том же элементе цепи за время периода Т
выделяет столько же тепла, сколько при тех же условиях выделяет переменный
ток.
Расчеты показывают, что
Аналогично: U
I = 0,707 I m
= 0,707 U m
E = 0,707 E m
Где: I, U, E – действующие значения тока, напряжения и ЭДС.
Im, Um, Em – амплитуда тока, напряжения и ЭДС
Занятие 35 Сложение и вычитание синусоидальных величин.
а) Сложение синусоидальных величин, выраженных в виде графиков
На рисунке 35.1.показаны две синусоидальных величины (графики 1 и 2) . Для
того, чтобы получить суммарный график (график 3) необходимо сложить
значения ординат в одноименных временных значениях графиков 1 и 2.
Рис.35.1. Графическое сложение синусоидальных величин
Например, для получения ординаты точки а3 в момент времени t 1 суммировали ординаты точек
а1 и а2 в этот же момент времени.
Аналогично получают и график разности синусоидальных величин.
76
Этот способ неудобен и применяется редко. Для проведения математических операций с
синусоидальными величинами их представляют в виде векторов.
б) Изображения синусоидальных величин в векторной форме
Известно, что проекция отрезка, вращающегося вокруг оси с постоянной угловой скоростью, на
любую линию, проведенную в плоскости вращения, изменяется по синусоидальному закону.
Пусть отрезок прямой длиной Im начинает вращаться вокруг оси 0 из положения, когда он
образует с горизонтальной осью угол φ, и вращается против часовой стрелки с постоянной
угловой скоростью ω.
Проекция отрезка на вертикальную ось в начальный момент времени .
Когда отрезок повернется на угол α1, проекция его .
Откладывая углы α1, α2, ...
на горизонтальной оси, а проекции отрезка прямой - на вертикальной оси, получим ряд точек
синусоиды (рис. 35.2).
Рис.35.2. Представление синусоидальной величины в векторной форме
Пусть даны два синусоидальных тока:
.
Нужно сложить эти токи и получить результирующий ток:
77
Рис.35.3.Сложение векторов двух величин
Представим синусоидальные токи i1 и i2 в виде двух радиус - векторов, длина которых
равна в соответствующем масштабе I1m и I2m. Эти векторы расположены в начальный момент
времени под углами φ1 и φ2 относительно горизонтальной оси.
Сложим геометрически отрезки I1m и I2m. Получим отрезок, длина которого равна
амплитудному значению результирующего тока I3m. Отрезок расположен под углом φ3
относительно горизонтальной оси. Все три отрезка вращаются вокруг оси 0 с постоянной
угловой скоростью ω. Проекции отрезков на вертикальную ось изменяются по синусоидальному
закону. Будучи остановленными для рассмотрения, данные отрезки образуют векторную
диаграмму (рис. 35.3).
Занятие 36 Векторная диаграмма.
Векторная диаграмма - это совокупность векторов, изображающих синусоидальные
напряжения, токи и ЭДС одинаковой частоты.
а) Представление синусоидальных величин неподвижными векторами.
«Остановим» вращение векторов, представляющих токи и напряжения в
момент t = 0. Тогда мгновенному значению синусоиды i (0) =Im sin φ соответствует вектор
длиной Im, повернутый на угол φ от горизонтали против часовой стрелки . Этот вектор представляет или отображает синусоиду i(t)_ = Imsin (ωt+φ), т. е. дает информацию о ее двух
отличительных параметрах: амплитуде Im и начальной фазе -φ.
i (0) =Im sin φ
Рис.36.1. Представление синусоидальной величины с помощью неподвижного вектора
78
б) Сложение векторных величин.
Представление синусоидальных величин неподвижными векторами значительно упрощает
операции сложения и вычитания синусоидальных токов и напряжений.
Как известно из курса математики, сложение векторов на плоскости выполняется по
правилу параллелограмма (см.рис.36.2):
результирующий вектор есть диагональ параллелограмма, сторонами которого являются
слагаемые векторы.
В целях упрощения рисунка сложение рекомендуется проводить другим способом: путем
переноса второго слагаемого вектора параллельно самому себе так, чтобы его начало совпало с
концом первого слагаемого вектора.
Тогда вектор, равный сумме двух векторов, Ī рез = Ī m1 + Ī m2 проводится из начала
первого вектора в конец второго. Этот способ суммирования предусматривает меньшее число
построений и не затемняет чертеж параллельными сторонами параллелограмма. Поэтому в
дальнейшем будет использоваться преимущественно именно этот способ: последовательное
построение векторов так, чтобы начало второго вектора совпадало с концом первого и т. д.
Графическое сложение векторов значительно проще и наглядней, чем операции с мгновенными
токами .
Рис.36.2 Сложение векторов.
Занятие 37
Контрольная работа ЭТ У37
Контрольные вопросы:
1. Объясните явление получения переменной эдс на концах вращающейся в магнитном
поле рамки.
2. Напишите и объясните уравнение синусоидально изменяющихся величин.
3. Начертите график синусоидально изменяющейся величины и покажите на нем
амплитуда Еm , период T, мгновенная величина для любого момента времени e.
4. Напишите и объясните формулу угловой частоты ω.
5. Напишите и объясните формулу частоты f .
6. Приведите параметры переменной величины.
7. Дайте формулировку периода переменной величины.
8. Дайте формулировку мгновенного значения переменной величины.
9. Дайте формулировку частоты переменной величины.
10. Дайте формулировку амплитуды переменной величины.
11. Дайте формулировку начальной переменной величины.
12. Дайте формулировку действующего значения переменной величины.
13. Покажите порядок сложения синусоидальных величин, выраженных в виде графиков.
14. Покажите порядок изображения синусоидальных величин в векторной форме.
15. Что такое векторная диаграмма. Приведите пример.
79
16. Объясните порядок сложение векторных величин.
17. Напишите уравнения двух синусоидальных величин, сдвинутых относительно друг друга
по фазе.
18. Начертите на одном графике две синусойды и найдите результирующую кривую
19. Начертите график синусойды и вектор одной ее точки.
20. Напишите уравнение синусоидальной эдс и объясните обозначение входящих в
уравнение величин
Тема 5. Элементы и параметры цепей переменного тока (22 часа)
Занятие 38 .
Активное сопротивление в цепи переменного тока.
Электрические лампы накаливания, печи сопротивления, бытовые нагревательные
приборы, реостаты и другие приемники, где электрическая энергия преобразуется в тепловую,
на схемах замещения обычно представлены только сопротивлением R.
Рис.38.1. а) цепь с активным сопротивлением. б) графики тока и напряжения.
в) векторные диаграммы
Для схемы, изображенной на рис38.1, заданы сопротивление R и напряжение,
изменяющееся по закону u = Um sin ωt.
Требуется определить ток I в цепи.
Выражение для мгновенного тока найдем по закону Ома:
i
где
Im 
Um
R
u Um

 sin  t  I m sin  t
R
R
— амплитуда тока.
Из уравнений напряжения и тока видно, что начальные фазы обеих кривых одинаковы, т. е.
напряжение и ток в цепи с сопротивлением R совпадают по фазе.
80
Это показано на графиках и векторной диаграмме (см.рис.38. 1 б,в.).
Активное сопротивление не реагирует на изменение частоты тока в цепи.
Занятие 39
Цепь переменного тока с индуктивностью:
а) Индуктивное сопротивление
Катушка из тонкого провода, намотанная на сердечник (или без сердечника), включенная
в цепь переменного тока, обладает индуктивным сопротивлением.
Величина индуктивного сопротивления определяется выражением:
ХL = ωL = 2π∙f L
Где:
ХL – индуктивное сопротивление, Ом.
ω – циклическая частота, рад/с
L – индуктивность катушки, Гн "генри"
f – частота тока в цепи, Гц.
Из формулы видно, что при повышении частоты тока индуктивное сопротивление
увеличивается, а при снижении частоты тока – уменьшается. То есть индуктивное
сопротивление реагирует на частоту тока в цепи, поэтому его еще называют реактивным.
Для постоянного тока f=0, поэтому для постоянного тока катушка не имеет
индуктивного сопротивления.
Индуктивность катушки L зависит от конструкции катушки (числа витков, наличия
сердечника и его материала, конфигурации катушки и других факторов)
Цепь, содержащая индуктивность, является искусственной, так как реальная катушка
кроме индуктивности L содержит активное сопротивление R.
Но мы рассмотрим идеальную катушку, в которой активное сопротивление R=0. В отдельных
случаях активным сопротивлением реальной катушки можно пренебречь из-за его малости.
б) Ток и напряжение в цепи переменного тока с катушкой индуктивности.
а) Схема цепи с индуктивностью
81
б) Векторная диаграмма цепи с индуктивностью.
в) Графики тока и напряжения в цепи с индуктивностью
Рис.39. 1. Электрическая цепь с индуктивностью.
При прохождении синусоидального тока
напряжение на катушке будет равно
iL  I m sin t
uL  iL  xL  U m sin( t  90)
то есть напряжение на индуктивности опережает ток по фазе на угол 90° (π /2).
Занятие 40 . Цепь переменного тока с емкостью
а) Емкостное сопротивление
Две металлических пластины, разделенные диэлектриком, называются электрическим
конденсатором и обладают емкостным сопротивлением
Величина емкостного сопротивления определяется выражением:
82
ХС 
Где:
1
1

С 2f  C
ХС – емкостное сопротивление, Ом.
ω – циклическая частота, рад/с
С – емкость конденсатора , Ф "фарад"
f – частота тока в цепи, Гц.
Из формулы видно, что при повышении частоты тока емкостное сопротивление
уменьшается, а при снижении частоты тока – увеличивается. То есть емкостное сопротивление
реагирует на частоту тока в цепи, поэтому его еще называют реактивным. Для постоянного тока
f =0, поэтому для постоянного тока конденсатор имеет бесконечно большое сопротивление.
Емкость конденсатора зависит от площади пластин, толщины диэлектрика и его
диэлектрической проницаемости.
Цепь, содержащая емкость, является искусственной, так как реальный конденсатор кроме
емкостного сопротивления содержит активное сопротивление R.
Но мы рассмотрим идеальный конденсатор, в котором активное сопротивление R=0. В
отдельных случаях активным сопротивлением реального конденсатора можно пренебречь из-за
его малости.
б) Ток и напряжение в цепи переменного тока с конденсатором.
а) Схема цепи с конденсатором
б) Векторная диаграмма.
в) Графики тока и напряжения в цепи с емкостью
Рис.40 1. Электрическая цепь с конденсатором.
83
При прохождении синусоидального тока
iС  I m sin t
напряжение на катушке будет равно
uС  iС  xС  U m sin( t  90) ,
то есть напряжение на конденсаторе отстает от тока по фазе на угол 90° (π /2).
Занятие 41
Цепь с последовательным соединением RL и RC
а) Последовательное соединение индуктивности и активного сопротивления
Реальная катушка имеет активное и индуктивное сопротивления.
Рис.41.1 Электрическая цепь реальной катушки индуктивности
Построим векторную диаграмму и графики для этого случая.
Рис.41.2. Векторная диаграмма для цепи с последовательным соединением R и L.
На рис.41.2 вектор I обозначает переменный ток катушки.
Часть напряжения сети, падающая в сопротивлении R изображена вектором UR ,
совпадающим по фазе с током. Напряжение на индуктивности показано вектором UL , который
опережает ток на угол 90о .
84
Напряжение сети U должно быть равно геометрической сумме активного UR t и индуктивного
UL падений напряжения. Для получения геометрической суммы необходимо на векторах UR и
UL построить параллелограмм. Его диагональ (равнодействующая) даст напряжение сети U.
Ток в цепи с последовательно соединенными активным сопротивлением и индуктивностью
будет иметь одно и то же значение. Поэтому, разделив величины векторов напряжений на одно
и то же значение тока, мы получим значения сопротивлений цепи. Они образуют треугольник
сопротивлений
Рис.41.3. Треугольник сопротивлений
Из треугольника сопротивлений следует, что
Z
Где:
R 2  X L2
Z - полное сопротивление цепи (Ом)
R - активное сопротивление цепи (Ом)
XL - индуктивное сопротивление цепи (Ом)
б) Последовательное соединение емкости и активного сопротивления
Реальный конденсатор имеет активное и емкостное сопротивления.
Рис.41.4. Электрическая цепь реального конденсатора
Построим векторную диаграмму и графики для этого случая.
На рис.41.5 вектор I обозначает переменный ток катушки.
85
Часть напряжения сети, падающая в сопротивлении R изображена вектором UR ,
совпадающим по фазе с током. Напряжение на индуктивности показано вектором UС ,
который отстает от тока на угол 90о .
Напряжение сети U должно быть равно геометрической сумме активного UR t и емкостного
UС падений напряжения. Для получения геометрической суммы необходимо на векторах UR и
UС построить параллелограмм. Его диагональ (равнодействующая) даст напряжение сети U.
Рис.41.5. Векторная диаграмма для цепи с последовательным соединением R и С.
Ток в цепи с последовательно соединенными активным сопротивлением и емкостью будет
иметь одно и то же значение. Поэтому, разделив величины векторов напряжений на одно и то
же значение тока, мы получим значения сопротивлений цепи. Они образуют треугольник
сопротивлений
Рис.41.6. Треугольник сопротивлений
Из треугольника сопротивлений следует, что
86
Z  R 2  X С2
Где:
Z - полное сопротивление цепи (Ом)
R - активное сопротивление цепи (Ом)
XС - емкостное сопротивление цепи (Ом)
Занятие 42 . Комплексный метод расчета цепей переменного тока.
а) Понятие о комплексных числах
Векторное представление синусоидальных величин позволяет заменить сложные
математические операции с синусоидальными величинами простыми операциями с векторами.
Однако геометрические операции с векторами не обладают высокой точностью. Поэтому
геометрические операции с векторами заменяют алгебраическими операциями с комплексными
числами, что существенно повышает точность получаемых результатов.
Векторы можно изображать не только на плоскости хОу, но и на комплексной плоскости
в виде комплексного числа.
Комплексное число состоит из вещественной (действительной) (X) и мнимой частей.(Yj)
Алгебраическая форма комплексного числа имеет вид: z= x + yi,
На графиках по оси абсцисс откладывают действительную часть, а по оси ординат — мнимую
часть комплексного числа.
Действительную ось обозначают +1 и -1, а мнимую ось + j и – j
Буквой j обозначается в электротехнике мнимая единица
j  -1
Каждой точке (x , y) координатной плоскости, изображающей комплексное число
z = x + yi, соответствует единственный вектор, отложенный от начала системы координат и
обратно (рис.42.1).
При этом двум различным точкам координатной плоскости будут соответствовать два таких
различных вектора.
Таким образом, может быть установлено однозначное соответствие между множеством точек
координатной плоскости (комплексными числами) и множеством векторов, отложенных от
начала системы координат.
87
Рис.42.1. Геометрическое представление комплексного числа на плоскости
На рис. 42.2 изображена координатная плоскость.
Числу 2 + 3i соответствует точка A(2, 3) плоскости;
числу 2 – 3i – точка B(2, – 3);
числу – 2 + 3i – точка C(– 2, 3);
числу – 2 – 3i – точка D(– 2; – 3).
Числу 3i соответствует точка E(0, 3);
а числу – 3i – точка F(0, – 3).
рис. 42.2 координатная плоскость
Итак, каждому комплексному числу соответствует единственная точка координатной
плоскости и, обратно, каждой точке координатной плоскости соответствует единственное
комплексное число, при этом двум различным комплексным числам соответствуют две
различные точки координатной плоскости.
Ясно, что действительным числам x + 0i соответствуют точки оси абсцисс, а чисто
мнимым числам 0 + yi, где y = 0 – точки оси ординат.
Поэтому ось Oy называют мнимой, а ось Ox – действительной
б) Формы записи комплексных чисел.
88
Каждому вектору на комплексной плоскости соответствует определенное комплексное число,
которое может быть записано в :
показательной
тригонометрической
алгебраической
формах.
Пусть дано число
вращающимся вектором
которое на комплексной плоскости изображено
(см. рис. 42.3)
Рис.42.3. Представление числа
на координатной плоскости
Тогда в показательной форме это число будет выглядеть как
89
в тригонометрической
в алгебраической
Модулем комплексного числа называется длина вектора OP (см. рис.42.4) , изображающего
комплексное число на координатной (комплексной) плоскости. Модуль комплексного числа a+
bi обозначается | a+ bi | или буквой r и равен
Рис.42.4. Представление комплексных чисел на плоскости
Аргумент комплексного числа - это уголφ между осью OX и вектором OP, изображающим это
комплексное число. Отсюда, tg φ = b / a .
Тригонометрическая форма комплексного числа.
Абсциссу a и ординату b комплексного числа a + bi можно выразить через его модуль r и
аргумент φ:
Занятие 43
Комплексные сопротивления и проводимости
В общем случае цепи переменного тока характеризуются несколькими сопротивлениями:
90
 активным R
 индуктивным XL
 емкостным XC
Комплексное полное сопротивление цепи определяется выражениями:
Z  R  j ( X L  X C )  R  jX  Ze j
Где: Z – полное сопротивление цепи (модуль комплексного сопротивления)
R – активное сопротивление цепи
XL - индуктивное сопротивление цепи
XC - емкостное сопротивление цепи
X = XL - XC - реактивное сопротивление цепи
φ – аргумент комплексного сопротивления
Полное сопротивление цепи (модуль комплексного сопротивления) определяется по формуле:
Z  R2  ( X L  X C )2  R2  X 2
Аргумент комплексного сопротивления определяется по формуле:
X L  XC
X
  arctg
 arctg
R
R
Величина, обратная полному сопротивлению называется комплексной проводимостью.
Y
1
 G  jB
Z
Где: Y - полная проводимость цепи, (1/Ом)
G - активная проводимость цепи, (1/Ом)
B - реактивная проводимость, (1/Ом)
Активная проводимость определяется
G
1
R
[
1
]
Ом
B
1
X
Реактивная проводимость определяется
Занятие 44
[
1
]
Ом
Резонанс напряжений
Схема последовательного соединения активного сопротивления, катушки индуктивности
и конденсатора приведена на рис.44.1.
91
Рис. 44.1. Схема последовательного соединения активного сопротивления, катушки
индуктивности и конденсатора
При последовательном соединении трех элементов R, L, C векторная диаграмма выглядит
следующим образом: вектор тока в цепи Iотложен горизонтально, с ним совпадает вектор
напряжения на активном сопротивлении UR , вектор напряжения на индуктивности U L
направлен вверх, а вектор напряжения на емкости UC направлен вниз.
Рис.44.2. Векторная диаграмма напряжений при последовательном соединении активного
сопротивления, катушки индуктивности и конденсатора.
Если падение напряжения на индуктивном сопротивлении больше, чем на емкостном, то
результирующий вектор будет опережать вектор тока на какой-то угол φ. В этом случае говорят,
что цепь имеет индуктивный характер. (см.рис.44.3.)
Рис.44.3. Векторная диаграмма цепи с индуктивным характером.
92
Если падение напряжения на емкостном сопротивлении больше, чем на индуктивном, то
вектор результирующего напряжения будет отставать от вектора тока на какой –то угол φ. В
этом случае говорят, что цепь носит емкостный характер. (см. рис.44. 4.)
Рис.44.4. Векторная диаграмма цепи с емкостным характером.
В общем случае уравнение напряжений в цепи будет равно:
U  U R2  (U L  UC )2 .
а уравнение сопротивлений :
Z  R 2  ( X L  X C )2
Особенностью последовательного соединения активного сопротивления, емкости и
индуктивности является возможность возникновения резонанса напряжений.
Представим, что в цепи с последовательно соединенными активным сопротивлением,
емкостью и индуктивностью, частота тока увеличивается от частоты f1 до частоты f2. (см.
рис. 44.5.)
93
Рис.44.5. Изменение реактивных сопротивлений при изменении частоты тока.
При увеличении частоты тока в цепи емкостное сопротивление уменьшается, а индуктивное
увеличивается. При каком – то значении частоты тока емкостное сопротивление становится
равным индуктивному сопротивлению. Эта частота называется резонансной. Явления,
происходящие в цепи с последовательно соединенными R,L,C при резонансной частоте
называются резонансом напряжения.
При резонансе напряжение на емкости UC равно напряжению на индуктивности U L . Но так
как они находятся в противофазе друг другу сумма их равна нулю.
1
Условием резонанса является равенство реактивных сопротивлений XL = XC или L 
C
1
Отсюда значение резонансной частоты определиться f 
2  LC
Когда цепь не настроена в резонанс , ее полное сопротивление определяется соотношением:
Z  R 2  ( X L  X C ) 2 , при резонансе, когда XL = XC, полное сопротивление цепи будет
равно :
Z  R 2 или
Z= R
Таким образом полное сопротивление цепи при резонансе оказывается равным активному
сопротивлению.
Уменьшение полного сопротивления цепи приводит к тому, что сила тока в ней возрастает.
.На векторной диаграмме при резонансе (см.рис.44. 6) векторы напряжений на реактивных
элементах равны друг другу и направлены в противоположные стороны. т. е. сдвинуты по фазе
относительно друг друга на угол 180 градусов. Угол сдвига фаз между током и напряжением в
сети равен нулю.
94
Рис.44.6. Векторная диаграмма при резонансе напряжений.
Рис.44.7. Изменение тока в цепи при резонансе.
Занятие 45
Параллельное соединение L и C. Резонанс токов.
В цепи переменного тока, в которой индуктивность и емкость соединены параллельно
(см.рис.45.1.) может возникнуть резонанс токов.
Рис.45.1. Схема цепи с параллельно соединенными емкостью и индуктивностью.
95
В результате резонанса токов общий ток в цепи может быть относительно мал, а в контуре
индуктивности и емкости, где происходят электрические колебания, протекает переменный ток ,
значительно больше общего. Для понимания сущности резонанса токов выясним, как
получаются электрические колебания в цепи, состоящей из параллельно соединенных
индуктивности и емкости.
Рассмотрим работу схемы.
При подаче напряжения в схему конденсатор заряжается до напряжения источника
электрической энергии. Разорвем внешнюю цепь заряда конденсатора. Так как конденсатор
остался соединенным с катушкой и является источником электрической энергии, то он
начинает разряжаться через витки катушки индуктивности. По катушке протекает ток разряда, в
результате которого появляется магнитное поле. Ток будет возрастать постепенно и достигнет
наибольшей величины в тот момент, когда конденсатор разрядится. К этому моменту времени
энергия электрического поля конденсатора превратится в энергию магнитного поля катушки
индуктивности. Далее запасенная в катушке энергия магнитного поля переходит в энергию
электрического поля конденсатора, перезаряжая его через замкнутую цепь. Так этот процесс
будет повторяться периодически. Таким образом, в контуре с параллельно соединенными
емкостью и индуктивностью возникнут свободные электрические колебания. Поэтому такой
контур называют колебательным.
Для возникновения колебаний необходимо первоначально зарядить конденсатор от
внешнего источника электрической энергии. В идеальном колебательном контуре R=0.
При резонансе XL =XC.
1
1
1
; 2f  L 
Или L 
Отсюда : f рез
C
2f  C
2 L  C
Это значение частоты в контуре называется резонансной частотой. При этой частоте в
контуре будут протекать токи значительно бо̀льшие по величине, чем во внешней цепи. Из
формулы следует, что изменяя величину емкости или индуктивности можно изменять
(настраивать) контур на определенную частоту колебаний . В реальном колебательном контуре
колебания всегда затухающие. Это объясняется тем, что проводники реального контура всегда
имеют активное сопротивление, поэтому часть энергии колебаний превращается в тепловую
энергию и уходит в пространство уменьшая тем самым величину электрической энергии
колебаний. Для поддержания колебаний в контуре его соединяют с генератором колебаний.
тогда колебания в контуре называются вынужденными.
Занятие 46
Активная, реактивная и полная мощности.
В отличии от постоянного тока, в переменном токе рассматриваются три вида мощности:

полная мощность S=UI , ВА

активная мощность Р= UI cos φ , Вт.

реактивная мощность Q=UIsin φ , Вар.

Полная мощность генератора переменного тока расходуется на активную и реактивную
мощность.
Активная мощность , расходуемая в активном сопротивлении, преобразуется в полезную работу
или тепло, рассеиваемое в пространство.
Реактивная мощность обусловлена колебаниями энергии при создании и исчезновении
электрических и магнитных полей. Эта энергия то запасается в полях реактивных
сопротивлений. то возвращается генератору, включенному в цепь.
96
Связь между полной, активной и реактивной мощностями определяется из треугольника
мощностей (см.рис.46.1.).
Рис.46. 1. Треугольник мощностей.
Из треугольника :
S 2  P2  Q2
или
S
P2  Q2
Занятие 47
Коэффициент мощности
Коэффициентом мощности или cos φ электрической сети называется отношение
p
активной мощности к полной мощности. cos  
показывает какая часть полезной мощности
S
содержится в полной.
Коэффициент мощности можно определить как расчетным путем, так и измерить
специальными приборами. Только в том случае, когда нагрузка имеет исключительно активный
характер, cos φ равен единице. В основном же, активная мощность меньше полной и поэтому
коэффициент мощности меньше единицы.
Чем меньше коэффициент мощности сети, тем менее загружена сеть активной
мощностью и тем меньше коэффициент полезного действия использования сети. В связи с этим
необходимо, чтобы как можно большую часть в полной мощности составляла именно активная
мощность, а не реактивная, в этом случае коэффициент мощности будет ближе к единице.
Причины низкого коэффициента мощности:
1. Недогрузка асинхронных электродвигателей. Потребляемая активная мощность
уменьшается пропорционально нагрузке, а реактивная мощность изменяется меньше;
2. Неправильный выбор типа электродвигателя. Двигатели быстроходные и большой
мощности имеют более высокий коэффициент мощности, чем тихоходные и
маломощные;
3. Повышение напряжения в сети. Ведет к увеличению намагничивающего тока
индуктивных потребителей реактивной составляющей полного тока;
Для увеличения коэффициента мощности можно:
 изменить мощность и тип устанавливаемых электродвигателей;
 увеличить загрузку электродвигателей в процессе работы;
 уменьшить время работы в холостом режиме оборудования потребляющего
индуктивную мощность;
 установить установку компенсации реактивной мощности с конденсаторами
97
Рис.47.1. Уменьшение реактивной мощности, уменьшение угла φ. увеличение cos φ.
Занятие 48
Контрольная работа №7 ЭТ У48
Контрольные вопросы:
1. Начертите и объясните графики и векторные диаграммы напряжения и тока в цепи
переменного тока с активным сопротивлением.
2. Как зависит от частоты тока индуктивное сопротивление цепи. Напишите и объясните
формулу.
3. Начертите и объясните графики и векторные диаграммы напряжения и тока в цепи
переменного тока с катушкой индуктивности.
4. Как зависит от частоты тока емкостное сопротивление цепи. Напишите и объясните
формулу.
5. Начертите и объясните графики и векторные диаграммы напряжения и тока в цепи
переменного тока с конденсатором.
6. Начертите и объясните векторную диаграмму цепи переменного тока с
последовательным соединение катушки индуктивности и активного сопротивления.
7. Начертите треугольник сопротивлений при последовательном соединении катушки
индуктивности и активного сопротивления.
8. Напишите и объясните формулу полного сопротивления цепи переменного тока с
последовательным соединение катушки индуктивности и активного сопротивления.
9. Начертите и объясните векторную диаграмму цепи переменного тока с
последовательным соединение конденсатора и активного сопротивления.
10. Начертите треугольник сопротивлений при последовательном соединении конденсатора
и активного сопротивления.
11. Напишите и объясните формулу полного сопротивления цепи переменного тока с
последовательным соединение конденсатора и активного сопротивления.
12. Покажите геометрическое представление комплексного числа на координатной
плоскости и объясните его сущность
13. Запишите алгебраическую форму комплексного числа и объясните какие члены в нее
входят.
14. Укажите различные формы записи комплексных чисел.
15. Что такое модуль комплексного числа? Укажите его при различных формах записи
комплексных чисел.
98
16. Начертите векторную диаграмму напряжений при последовательном соединении
R L C с индуктивным характером цепи.
17. Начертите векторную диаграмму напряжений при последовательном соединении
R L C с емкостным характером цепи.
18. Какая частота при последовательном соединении R L C называется резонансной.
Покажите на графике .
19. Опишите явление резонанса напряжений в цепи с последовательном соединении R L C.
20. Напишите формулу полного сопротивления цепи при резонансе напряжений. Объясните,
почему она имеет такой вид.
21. Начертите векторную диаграмму при резонансе напряжений и объясните ее сущность.
22. Опишите три вида мощностей в цепи переменного тока.
23. Начертите треугольник мощностей и объясните его построение.
24. Напишите формулу полной мощности в цепи переменного тока и дайте пояснения.
25. Что такое коэффициент мощности и какова его физическая сущность?
26. Укажите на треугольнике мощностей угол, связывающий коэффициент мощности с
полезной мощностью сети.
Примечание: Каждому студенту необходимо решить задачу, предложенную преподавателем.
Тема 6. Трехфазные цепи переменного тока (16 часов)
Занятие 49
Устройство трехфазного генератора.
Однофазные системы малоэффективны вследствие несовершенства однофазных
электроаппаратов, в частности электромашин. Так, например при одинаковых габаритах, массе
активных материалов ( стали и меди ) мощность однофазной машины в 1,5 раза меньше
трехфазной машины.
Многофазной системой называется цепь переменного тока, в которой действуют две и
более ЭДС одинаковой частоты, но взаимно смещенные по фазе на определенные углы.
Отдельные цепи, составляющие многофазную систему, называются фазами.
Трехфазная система состоит из трех электрических цепей , ЭДС источников которых имеют
одинаковую частоту, но сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 120 градусов. См.
рис.47.1.
Рис.47. 1. а) График ЭДС в трехфазной сети б) Векторная диаграмма трехфазной сети
99
В качестве источника электрической энергии в трехфазной цепи используется трехфазный
генератор.(см. рис.47.2).
Рис.47. 2. Схема устройства трехфазного генератора и условное обозначение трехфазной
обмотки.
Рис.47.3. Устройство трехфазного генератора
Трехфазная обмотка. расположенная на статоре генератора, представляет собой три катушки
электрически сдвинутые относительно друг друга на угол 120°. При вращении ротора,
представляющего собой постоянный электромагнит, его магнитное поле пересекает катушки,
наводя в них ЭДС, сдвинутые относительно друг друга на угол 120°. (см. рис.47.1.а.)
Катушки (фазы) трехфазного генератора можно соединять звездой или треугольником.
Таким же способом можно соединять и потребители электрической энергии.
100
Занятие 50
Соединение трехфазной цепи звездой.
Рис.50.1. Схема соединения трехфазной сети "звездой"
При соединении обмоток генератора "звездой " концы всех трех фаз x, y, z соединяются
между собой, а от начал выводятся провода, отводящие энергию в сеть. Полученные таким
образом три провода называются линейными, а напряжения между любыми двумя линейными
проводами – линейными напряжениями Uл.
От общей точки соединения концов трех фаз ( нулевой точки ) может быть отведен четвертый
провод, называемый нулевым. Напряжение между любым из трех линейных проводов и
нулевым проводом называется фазным напряжением.Uф.
При соединении "звездой", соотношения между линейным и фазным напряжениями
равны:
U л  1,73  U ф
UФ 
Uл
1,73
При соединении "звездой", соотношения между линейным и фазным токами
Iл = Iф
Государственный стандарт предусматривает Uл = 380 В, Uф = 220 В
101
Занятие 51
Соединение трехфазной цепи треугольником.
Рис.51.1. Схема соединения трехфазной сети "треугольником"
При соединении обмоток генератора "треугольником", начало каждой фазы соединяется
с концом обмотки другой фазы. Таким образом три фазы генератора образуют замкнутый
контур, в котором действует ЭДС , равная геометрической сумме ЭДС , индуктированных в
фазах. Линейные провода при соединении треугольником подключены к точкам соединения
начала одной фазы и конца другой. Напряжения между линейными проводами равно
напряжению между началом и концом одной фазы.
При соединении треугольником линейное напряжение Uл равно фазному U ф.
Uл = U ф
При соединении "треугольником", соотношения между линейным и фазным токами равны:
Iл = 1,73 Iф
Занятие 52 Вращающееся магнитное поле.
Одним из важнейших преимуществ многофазных систем является получение
вращающегося магнитного поля с помощью неподвижных катушек, на чем основана работа
двигателей переменного тока.
Магнитное поле, ось которого вращается в пространстве с постоянной угловой частотой,
называется вращающимся магнитным полем.
Формирование кругового вращающегося магнитного поля является необходимым условием
работы асинхронных и синхронных машин.
Для этого в пазы пакета статора укладывают три одинаковые обмотки (катушки),
состоящие из двух частей, располагающихся диаметрально противоположно в пакете статора.
Причем оси трех обмоток статора смещены по отношению друг к другу на 120° .
Если схематически представить обмотки статора состоящими из одного витка, то на статоре
будет только шесть пазов, в каждом из которых будет лежать половина витка обмотки.
Обозначим начала витков обмоток буквами A, B и C, а концы витков буквами X, Y и Z.
Обозначим также направления протекания тока в витках обмоток, считая положительным
направление от начала к концу обмотки. Тогда для положительных значений тока стороны A, B
и C будут обозначены крестом, а стороны X, Y и Z – точкой( рис.52.1).
102
Рис.52.1. Вращающееся магнитное поле
При подключении обмоток статора к трехфазной сети переменного тока в обмотках будут
протекать токи
, смещенные во времени (по фазе) друг относительно друга на 120°
электрических так, как это показано на рисунке.
Выделим в пределах периода шесть моментов времени, отстоящих друг от друга на 60°
эл. и для каждого из них отметим направления токов в обмотках с учетом знаков токов в
соответствующий момент времени. В любой момент токи в двух половинах пакета статора
протекают в разных направлениях и образуют магнитное поле, ось которого совпадает с осью
разделения направлений токов, т.е. через каждые 60° эл. ось магнитного поля поворачивается в
пространстве на 60° . Таким образом, с помощью этой симметричной системы обмоток,
питающейся от симметричной системы трехфазной сети мы получили круговое вращающееся
магнитное поле.
Угловая частота, с которой магнитное поле вращается в пространстве, полностью
определяется частотой питающей сети и электрической схемой обмоток. Если увеличить число
витков вдвое и соединить их в обмотки так, чтобы по окружности пакета статора располагались
две чередующиеся пары групп с одинаковым направлением тока, то образуется магнитное поле
с двумя парами полюсов .
Оно также будет вращаться в пространстве, перемещаясь за один период колебаний токов на
угол соответствующий расстоянию между одноименными полюсами, т.е. на 180° . Значит,
угловая скорость вращения поля будет вдвое меньшей.
Таким образом, угловая частота вращения магнитного поля равна:
103
60 f1
2f1
n

1 
1
p [об/мин],
p [рад/с] или
где:
f1- частота питающей сети,
p - число пар полюсов обмотки статора.
Отсюда возникает ряд возможных скоростей вращения магнитного поля для
промышленной сети частотой 50 Гц: 3000, 1500, 1000, 750, 600 и т.д. [об/мин]
Направление вращения магнитного поля определяется последовательностью подключения
обмоток к трехфазной сети. Для изменения направления вращения достаточно поменять
местами точки подключения двух любых обмоток.
Занятие 53
Принцип работы асинхронного двигателя.
Наибольшее распространение среди электрических двигателей получили трехфазные
асинхронные двигатели. Асинхронный двигатель состоит из двух принципиально важных
частей :

неподвижной части – статора

подвижной – ротора.
На статоре расположена трехфазная обмотка. При подключении обмотки статора к
трехфазной сети в ней возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения зависит от
числа полюсов обмотки статора и определяется формулой:
60 f1
n1 
p
(об / мин)
Где: f1 =50 Гц - частота тока в сети.
p – число пар полюсов обмотки статора.
Таким образом , при одной паре полюсов n1= 3000 об/мин, при р=2, n1 = 1500 , , при р=3, n1 =
1000 , при р=4, n1 = 750 об / мин.
На роторе устанавливается, как правило, короткозамкнутая обмотка изготовленная в виде
алюминиевых стержней закороченных с обоих сторон кольцами. Такая обмотка называется
"беличьим колесом".
В начальный момент ротор неподвижен, поэтому вращающееся магнитное поле статора
с большой скоростью пересекает стержни обмотки ротора, наводя в них большую ЭДС. Так как
стержни замкнуты накоротко, то в обмотке ротора возникает большой ток . Этот ток называется
пусковым. Его значение обычно превышает значение номинального тока в 7 раз. Если этот ток
будет действовать длительно, то это может привести к выходу двигателя из строя. При
возникновении тока в обмотке ротора в нем также возникает магнитное поле, которое
взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора приводит ротор во вращение.
При увеличении скорости вращения ротора взаимная скорость перемещения полей
104
статора и ротора уменьшается, уменьшается ЭДС и ток в роторе, достигая номинального
значения.
Рис.53.1. Общий вид асинхронного двигателя переменного тока.
1 – передний подшипниковый щит
10 – сердечник статора
2 – выходной конец вала
11 – сердечник ротора
3 – уплотнение подшипника
12 – обмотка статора
4 – шарикоподшипник
13 – винт крепления кожуха вентилятора
5 – лопатки вентилятора ротора
14 – кожух вентилятора
6 – короткозамыкающее кольцо
15 – задний подшипниковый щит
7 – болт
16 – вентилятор
8 – станина
17 – стопорное кольцо
9 – рым-болт
18 – стопорный винт вентилятора
Однако, исходя из принципа работы двигателя, скорость вращения ротора никогда не
станет равной скорости вращающегося магнитного поля статора, так как при этом пропадает
возможность индуктирования ЭДС в обмотке ротора и, соответственно, возникновения
магнитного поля ротора. Это противоречит принципу работы двигателя. Двигатель потому и
называется асинхронным, потому что скорость вращения ротора всегда меньше скорости
вращающегося магнитного поля статора.
Относительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора характеризуется
скольжением.
s
n1  n2
n1
Где: n1 – скорость вращающегося магнитного поля статора.
n2 – скорость вращения ротора
При пуске s = 1 , при номинальном режиме работы двигателя s= 4 – 6 % .
105
Занятие 54 Индуктивно связанные элементы в цепи переменного тока.
а) Индуктивно связанные катушки
Две катушки называются индуктивно связанными, если изменение тока в одной из них
вызывает возникновение напряжения в другой катушке.
Рис.54.1.а
Рис.54.1.б
На рисунке 54.1 «а» показано электромагнитное устройство с двумя обмотками
(трансформатор), принцип действия которого основан на использовании явления
взаимной индукции. Его электрическая схема приведена на рисунке 54.1 «б»
ЭДС взаимной индукции наводится во вторичной обмотке при изменении тока в
первичной обмотке будет равно:
где М - взаимная индуктивность обмоток;
i- ток в первичной обмотке;
е2 - ЭДС взаимной индукции, наведенная во вторичной обмотке.
- скорость изменения тока в обмотке
Если имеется взаимная индукция, то говорят, что обмотки индуктивно или магнитно
связаны.
Связь осуществляется посредством магнитного потока Ф. В устройстве на рисунке
54.1. магнитный поток Ф, созданный током i пронизывает обе обмотки и называется
магнитным потоком взаимной индукции.
Взаимная индуктивность, как и индуктивность, измеряется в генри (Гн).
В отличие от собственной индуктивности L взаимная индуктивность М
обозначает не какой-либо самостоятельный элемент электрической цепи, а лишь магнитную связь между индуктивными элементами.
106
Между индуктивностями L1и L2 контуров и взаимной индуктивностью М существует
следующая зависимость:
М  L1L2
Однако эта формула верна, когда весь поток, создаваемый первым контуром, сцепляется с
витками второго контура.
М  k L1 L2
На практике М меньше L1L 2 т.е.
Величина k меньше единицы и называется коэффициентом связи катушек.
Электромагнитная связь между двумя контурами может быть изменена, если сближать
контуры или удалять их один от другого, а также если менять взаимное расположение контуров.
б) Трансформатор
Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат для изменения
величины напряжения или тока.
Конструктивная схема трансформатора (см.рис.54.2) имеет магнитопровод 3 из
электротехнической стали и две обмотки на магнитопроводе: первичную 1 с числом витков
ω1 и вторичную 2 с числом витков ω2. Обмотки выполняют из медного провода.
Рис.54.2. Трансформатор
Первичная обмотка трансформатора включается в сеть переменного напряжения U1 , и в ней
возникает ток I1. Ко вторичной обмотке ω2 подключается приемник электрической энергии.
Рассмотрим трансформатор с разомкнутой цепью вторичной обмотки, т. е. в режиме
холостого хода.
При переменном токе в первичной обмотке создается переменный магнитный поток Ф ,
который замыкается по стальному сердечнику образует потокосцепление с обеими обмотками.
Таким образом, в
трансформаторе обмотки электрически между собой не связаны, а связаны переменным
магнитным потоком.
В обеих обмотках наводится ЭДС:
Ф
e1  1 
t
Ф
e 2   2 
t
e

Отношение ЭДС: 1  1  k
e 2 2
107
Отношение чисел витков обмоток трансформатора k называется к о э ф ф и ц и е н т о м,
трансформации.
Отношение ЭДС при холостом ходе можно заменить отношением напряжений на зажимах
обмоток, учитывая, что u1 ≈ e1 , u2 ≈ e2
Следовательно,

u 2  u1  2
1
отсюда видно, что при ω2>ω1(u2>u1) трансформатор повышает, при ω 2 <ω 1 (u 2 <u 1 ) —
понижает напряжение.
Если к вторичной обмотке подключить приемник энергии, то в ее цепи возникнет ток I2 и в
приемник будет поступать электрическая энергия из сети через трансформатор. При этом
передача энергии из первичной обмотки во вторичную осуществляется посредством магнитного
поля.
в) Режимы работы трансформатора
Режим работы трансформатора зависит от величины нагрузки во вторичной обмотке. На
Рис.54.3. показано условное обозначение трансформатора Тр1 с подключенной выключателем
Вк нагрузкой (потребителем).
Рис.54.3. Схема подключения трансформатора
Для трансформаторов характерны следующие режима работы:
Режим холостого хода.
Когда отключена нагрузка R (Вк разомкнут), и во вторичном разомкнутом контуре II ток
нагрузки Iн2=0.
Эдс Е2 во вторичной обмотке равна:
Е2=U2
В первичной обмотке w1 протекает ток холостого хода Io. Ток холостого хода обусловлен
тепловыми потерями в первичной обмотке, потерями на активном сопротивлении r первичной
обмотки w1 , потерями в сердечнике за счет вихревых токов и за счет рассеивания магнитного
поля в пространство, так как оно не замыкается полностью в магнитопроводе.
Режим рабочего хода, или рабочий режим.
При подключении нагрузки R ко вторичной обмотке w2 (Рис.54.3., выключатель Вк
замкнут), образуется замкнутый контур II. В этом контуре потечет ток Iн2, а на обмотках
установится напряжение U2 и U1. Ток Iн2 ,проходящий по вторичной обмотке, создаст свой
магнитный поток Ф2, направлен навстречу магнитному потоку Ф1 первичной обмотки w1 , и
108
стремится его уменьшить. Магнитный поток Ф1 стремится уравновесить магнитный поток Ф2.
По этому при увеличении тока Iн2 увеличивается значение тока Iн1. Но магнитный поток Ф1
зависит от величины тока нагрузки Iн2 , следовательно при изменении нагрузки во вторичном
контуре II, влечет к изменению величины тока в первичном контуре I. Отсюда можно сказать,
пренебрегая потерями в сердечнике и в обмотках, что величина энергии потребляемой
нагрузкой из вторичной обмотки, прямо пропорциональна энергии подаваемой из первичной
обмотки
Режим короткого замыкания.
В этом режиме выводы вторичной обмотки соединяются между собой без нагрузки. Следует
различать эксплуатационное короткое замыкание, которое происходит в электрической цепи и
расценивается как аварийная работа, и опытное короткое замыкание.
Опытное короткое
замыкание производят при таком первичном напряжении U1= Uк , при котором токи Iн1 и Iн2
обмоток трансформатора имеют номинальное значение.
При эксплуатационном коротком замыкании (аварийный режим) ток во вторичной цепи
достигает очень большой величины. Соответственно резко увеличивается ток и в первичной
обмотке, что приводит к перегреву изоляции и выходу трансформатора из строя.
г) Мощность и КПД трансформатора
Потери мощности в трансформаторе.
Потери энергии в трансформаторе складываются из следующего вида потерь:

потери на гистерезис(перемагничивание) и вихревые токи в магнитопроводе
трансформатора. Эти потери зависят от сорта стали , качества сборки сердечника,
изоляционных свойств поверхности пластин.

потери энергии в обмотках. Они зависят от качества проводников, качества намотки и
качества изоляционных материалов.
Мощность на вторичной обмотке трансформатора всегда меньше мощности на первичной
обмотке на величину суммарных потерь в трансформаторе.
Р2  Р1  Р
где:
Р2 – активная мощность во вторичной обмотке трансформатора (Вт)
Р1 – активная мощность в первичной обмотке трансформатора. (Вт)
∆Р – суммарные потери мощности в трансформаторе. (Вт)
Примечание: Реально на первичную обмотку трансформатора подается полная мощность
S, поэтому прежде, чем вести расчет на активную мощность и потери , необходимо учесть
величину сos φ. Тогда активная мощность на первичной обмотке трансформатора
определяется по формуле :
P  S  cos 
Где:
S – полная мощность (ВА)
Коэффициент полезного действия трансформатора.
Коэффициент полезного действия η показывает, какая часть активной мощности идет на
выполнение полезной работы.
109
КПД определяется по формуле :

Р2 Р1  Р

Р1
Р1
Коэффициент полезного действия η является безразмерной величиной. Иногда КПД
определяют в процентах. Для этого значение, полученное по ранее указанной формуле
умножают на 100.
КПД в мощных трансформаторах достигает 0,98...0,99 (98% ÷ 99% )
д) Автотрансформатор
Автотрансформаторы по принципу действия ничем не отличаются от обычных
трансформаторов. Разница состоит в том, что автотрансформатор имеет одну обмотку, от
которой сделаны выводы.
Если автотрансформатор используется как понижающий, то вся обмотка рассчитывается на
напряжение сети U1, в которую нужно подключить автотрансформатор. Один вывод обмотки
считается общим и как правило обозначается цифрой 0. Вторичные напряжения U1,U2,..Un
берутся от выводов обмотки 1,2,3,…,n относительно к общему выводу.
Если автотрансформатор используется как повышающий, то часть обмотки рассчитывается
под напряжение сети U1, а вывод делается от всей обмотки, на которой образуется вторичное
напряжение U2>U1.
На Рис.54.4.а показана электромагнитная схема понижающего автотрансформатора.
Обмотка w1 включается в электросеть с напряжением U1 . Нагрузка (потребители)
подключается к части витков w2-1, w2-2 ,…., w2-n обмотки, на которых вторичное напряжение U2-1,
U2-2 ,…., U2-n пропорциональные количеству витков w2-1, w2-2 ,…., w2-n.
Напряжения для понижающего трансформатора U1> U2-1; U1> U2-2;…. ;U1> U2-n,
соответственно для витков w1> w2-1; w1> w2-2;….. ;w1> w2-n.
На Рис. 54.4.б показана электромагнитная схема повышающнго автотрансформатора. Так
как для первичной цепи (сетевой) , w1< w2, следует, что U1<U2, или U2 >U1. Это значит, что во
вторичной цепи напряжение выше чем в первичной цепи.
Автотрансформаторы проще по конструкции. Имеют стоимость ниже, чем трансформаторы,
так как на их изготовление расходуется меньше медного провода и меньше трудозатрат при
изготовлении обмоток.
Но есть существенный недостаток. Первичные цепи и вторичные цепи непосредственно
имеют металлическую связь. Эта конструктивная особенность, во вторичных цепях,
110
поддерживает потенциал первичной цепи, что во многих случаях, из-за требований
безопасности и надежности, недопустимо.
По этой причине автотрансформаторы не получили широкого распространения, особенно в
электронной отрасли производства.
Занятие 55
Трехфазный трансформатор
Трехфазные трансформаторы изготовляют .главным образом стержневыми.
Схема получения трехфазного стержневого трансформатора показана на рис. 55. 1.
Три одинаковых однофазных трансформатора выполнены так, что их первичные и
вторичные обмотки размещены на одном стержне сердечника, а другой стержень
магнитопровода каждого трансформатора не имеет обмотки
Если эти три трансформатора расположить так, чтобы стержни, не имеющие обмоток,
находились рядом, то эти три стержня можно объединить в один — 0 .Через объединенный
стержень О будут замыкаться магнитные потоки трех однофазных трансформаторов, которые
равны по величине и сдвинуты по фазе на одну треть периода
Рис.55.1. Схема получения трехфазного стержневого трансформатора из трех однофазных
Конструктивно обмотки трехфазных трансформаторов выполняются так же, как и
обмотки однофазных.
Начала фаз обмоток высшего напряжения обозначаются буквами А, В и С; концы фаз обмоток
высшего напряжения — X, Y и Z.
Если обмотка высшего напряжения имеет выведенную нулевую точку, то этот зажим
обозначается буквой О.
Зажимы обмоток низшего напряжения обозначаются буквами: а, в, с — начала фаз и х, у, г —
концы фаз; О — вывод нулевой точки.
Рис.55.2. Схема трехфазного трансформатора.
111
Обмотки трехфазных трансформаторов могут быть соединены звездой и треугольником.
При соединении обмоток звездой концы (или начала) всех трех фаз соединяются между собой,
образуя общую нейтральную или нулевую точку, а свободные зажимы начал (или концов) трех
фаз подключаются к трем проводам сети источника (или приемника) электрической энергии
переменного тока.
При соединении обмоток в треугольник начало первой фазы соединяется с концом
второй, начало второй фазы — с концом третьей, начало третьей фазы — с концом первой.
Точки соединения начала одной фазы с концом другой подключаются к проводам трехфазной
сети переменного тока. (см.У33 и У34)
Соединение обмоток трехфазных трансформаторов звездой обозначается Y, а треугольником —
Δ
Занятие 56
(2 часа)
Контрольная работа
Контрольные вопросы
1. Начертите график ЭДС трехфазной сети и объясните ее преимущества.
2. Начертите векторную диаграмму трехфазной сети и объясните ее сущность.
3. Начертите конструктивную схему и объясните устройство синхронного генератора.
4. Начертите схему трехфазной сети при соединении звездой и объясните название
проводов цепи .
5. Начертите схему трехфазной сети при соединении звездой и объясните соотношения
между токами и напряжениями.
6. Какое напряжение называется линейным и как оно связано с фазным при соединении
звездой?
7. Какое напряжение называется фазным и как оно связано с линейным при соединении
звездой?
8. Какой ток называется линейным и как он связан с фазным при соединении звездой?
9. Какой ток называется фазным и как он связан с линейным при соединении звездой?
10. Начертите схему трехфазной сети при соединении треугольником и объясните
соотношения между токами и напряжениями.
11. Какое напряжение называется линейным и как оно связано с фазным при соединении
треугольником?
12. Какое напряжение называется фазным и как оно связано с линейным при соединении
треугольником?
13. Какой ток называется линейным и как он связан с фазным при соединении
треугольником?
14. Какой ток называется фазным и как он связан с линейным при соединении
треугольником?
15. Объясните принцип получения вращающегося магнитного поля.
16. Начертите конструктивную схему статора асинхронного двигателя с трехфазной
обмоткой и объясните принцип получения вращающегося магнитного поля
17. Напишите формулу угловой частоты вращающегося магнитного поля и объясните ее.
18. От чего зависит число оборотов вращающего поля статора? Напишите формулу.
19. Опишите принцип работы асинхронного двигателя.
20. Какая часть асинхронного двигателя называется «Беличьим колесом» и какова ее
конструкция?
21. Назовите основные части асинхронного двигателя и их назначение.
22. Что такое «скольжение» асинхронного двигателя? Напишите формулу и объясните.
23. Начертите схему двух индуктивно связанных катушек и объясните принцип их работы.
24. Напишите формулу электродвижущей силы взаимной индукции и объясните ее.
112
25. От каких факторов зависит величина взаимной индукции двух катушек. Напишите
формулу и объясните.
26. Начертите конструктивную схему трансформатора и объясните принцип его работы.
27. Дайте определение коэффициента трансформации и объясните его физическую
сущность.
28. Опишите режим холостого хода трансформатора.
29. Опишите рабочий режим трансформатора.
30. Опишите режим короткого замыкания трансформатора.
31. Напишите формулу и объясните сущность потерь мощности в трансформаторе.
32. Напишите формулу и объясните сущность коэффициента полезного действия
трансформатора.
33. Начертите схему и объясните устройство автотрансформатора.
34. Назовите достоинства и недостатки автотрансформатора.
35. Объясните устройство трехфазного трансформатора.
36. Приведите обозначения зажимов трехфазного трансформатора и объясните.
Примечание: Каждому учащемуся необходимо решить задачу, предложенную преподавателем.
Модуль 3. Электрические установки (18 часов)
Тема 7. Общие сведения об электрических установках (18 часов)
Занятие 57 . Назначение и классификация электрических машин.
Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую для
приведения в действие станков , кранов ,насосов, вентиляторов, компрессоров и т.п.
Электрический генератор превращает механическую энергию в электрическую с последующей
передачей ее по проводам или кабелю до потребителя.
Электрические машины различают :
- по назначению ( двигатели , генераторы, преобразователи и т.д.)
- по роду тока (ЭМ постоянного и переменного тока. )
- по величине напряжения ;
- по мощности ;
- по числу оборотов ;
- по конструктивному исполнению;
- по способу защиты от воздействий окружающей среды ;
Наибольшее распространение в промышленности получили асинхронные трехфазные двигатели
переменного
тока , которые отличаются высокой надежностью и простотой конструкции.
113
Рис.57.1. Асинхронный трехфазный двигатель
Если по условиям технологического процесса необходимо иметь электромашину с широким
диапазоном регулирования числа оборотов применяются удобные в этом отношении
электродвигатели постоянного тока.
Рис.57.2. Двигатель постоянного тока.
Для приведения в действие механизмов большой массы и мощности используют синхронные
электродвигатели напряжением 3...6 кВ.
Рис.57.3. Синхронный двигатель переменного тока.
По конструктивному исполнению электродвигатели должны быть приспособлены к
условиям внешней среды , в которой им предстоит работать. В помещениях с нормальной
средой можно применять электродвигатели открытого исполнения.
Для работы в помещениях с токопроводящей пылью служат пыленепроницаемые, а во
взрывоопасных средах - взрывозащищенные электродвигатели.
114
Занятие 58 Конструкции электрических машин.
58.1. Устройство асинхронного двигателя.
Асинхронный электродвигатель переменного тока состоит из двух основных частей:
- неподвижной части - статора;
- подвижной части- ротора;
Подвижный ротор сопрягается с неподвижным статором с помощью подшипников,
установленных в подшипниковые щиты.
Устройство асинхронного двигателя представлено на рисунке 58.1.:
На рисунке обозначены:
1 – передний подшипниковый щит
2 – выходной конец вала
3 – уплотнение подшипника
4 – шарикоподшипник
5 – лопатки вентилятора ротора
6 – короткозамыкающее кольцо
7 – болт
8 – станина
9 – рым-болт
10 – сердечник статора
11 – сердечник ротора
12 – обмотка статора
13 – винт крепления кожуха вентилятора
14 – кожух вентилятора
15 – задний подшипниковый щит
16 – вентилятор
17 – стопорное кольцо
18 – стопорный винт вентилятора
115
Рис.58.1. Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Рис.58.2. Основные детали асинхронного двигателя
На рисунке 58.2 обозначены:
1 – сердечник статора
2 – обмотка статора
3 – станина
4 – сердечник ротора
5 – короткозамыкающее кольцо
6 – вал
7 – передний подшипниковый щит
8 – задний подшипниковый щит
Статор состоит из станины и сердечника с обмоткой.
Станина выполняется из стали, чугуна или алюминиевых сплавов.
Сердечник набирают из штампованных листов электротехнической стали, изолированных
116
между собой бумагой, лаком или слоем окиси. Изоляция необходима для ограничения величины
вихревых токов и уменьшения нагрева сердечника.
Обмотка статора выполняется из медной изолированной проволоки круглого или
прямоугольного сечения, которая укладывается в пазы сердечника.
Подшипниковые щиты - представляют собой крышки, закрывающие станину с двух
сторон. В подшипниковые щиты встраиваются подшипники качения или скольжения которые
обеспечивают механическую связь между неподвижным статором и подвижным ротором.
Ротор состоит из стального вала, сердечника и обмотки. В зависимости от конструкции роторы
бывают:
 ротор короткозамкнутый;
 ротор фазный ;
Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов
электротехнической стали и напрессованный на вал. В пазы сердечника заливается
расплавленный алюминий , который при застывании образует алюминиевую обмотку,
состоящую из стержней замкнутых накоротко алюминиевыми кольцами. Такая обмотка
называется " беличье колесо " , а ротор - короткозамкнутым.
На паспортной табличке, прикрепленной к корпусу двигателя указывают следующие данные
двигателя :








мощность [ кВт ]
напряжение [ В ]
схема соединения обмоток [* или ∆ ]
потребляемый ток [ А ]
число оборотов вала [ об/мин ]
коэффициент мощности cos φ
КПД [ % ]
частота тока;
Занятие 59
Электрические аппараты.
59.1.Классификация пуско-регулирующей аппаратуры
Главными функциями аппаратов управления и защиты являются:
- включение и отключение электроустановок и сетей;
- защита электроустановок от перегрузок и токов короткого замыкания;
- регулирование числа оборотов электродвигателей;
- электрическое торможение электродвигателей;
В состав пуско-регулирующей аппаратуры входят:
- плавкие предохранители;
- кнопки управления;
- концевые и путевые выключатели;
117
- контакторы;
- магнитные пускатели;
- автоматические выключатели;
а) Плавкие предохранители применяются для защиты электроустановок от токов короткого
замыкания. Основным элементом предохранителя является плавкая вставка, которая сгорает
(плавится) при значительном повышении тока в сети.
б) Кнопки управления предназначены для замыкания и размыкания цепей дистанционного
управления электродвигателями.
Комплект из нескольких кнопок "ПУСК" и "СТОП", объединенных в одном корпусе
называется кнопочной станцией.
в) Концевые и путевые выключатели применяются для переключения цепей управления по мере
передвижения элементов механизмов и для автоматического отключения механизма в конце его
рабочего пути.
г) Контактор представляет собой аппарат электромагнитного действия для дистанционного
управления электромашинами и аппаратами.
д) Магнитный пускатель- это распространенный электромагнитный аппарат для
дистанционного и местного управления электродвигателями и другими установками, а также
защиты их от перегрузок и токов короткого замыкания.
е) Автоматический выключатель предназначен для включения и выключения электрических
цепей , а также для защиты их от перегрузок и токов короткого замыкания;
118
Рис.58.1 Элементы пуско-регулирующей аппаратуры
58.2. Устройство предохранителя
119
а) основные сведения
В силовых цепях электроустановок применяются в основном трубчатые предохранители
различных типов- СПО, ПН, ПР. Они состоят из фарфорового или фибрового патрона, незаполненного или
заполненного кварцевым песком. Внутри патрона размещена плавкая вставка, которая подсоединена к
токоведущим ножам. Предохранители типа ПН и ПР можно ремонтировать путем разборки и замены плавкой
вставки.
Рис.58.2. Типы предохранителей
Основными повреждениями предохранителей являются:
- оплавление контактных ножей;
- разрушения, трещины или нагар на изоляторе;
- перегорание плавкой вставки;
б) ремонт предохранителей
Следы оплавления , нагара или копоти на контактных поверхностях удаляются зачисткой стальной щеткой и
шлифовкой шкуркой. Если на фарфоровом патроне обнаружены трещины, то его заменяют новым. Сгоревшие
плавкие вставки заменяют новыми заводского изготовления.
Ремонт предохранителя ПН-2 :
Замену плавкой вставки в предохранителе ПН-2 производят следующим образом:
-отвернуть с одной стороны винты, крепящие контактную шайбу и крышку;
- снять шайбу и крышку;
- высыпать кварцевый песок;
- снять с другой стороны шайбу и крышку;
- очистить внутреннюю поверхность патрона;
- установить новую плавкую вставку;
- засыпать свежий или оставшийся, но чистый и сухой песок;
- собрать предохранитель;
58.3.Устройство кнопок и выключателей
Общими элементами кнопок управления различных типов (см. рисунок) являются :
1-колодка;
2-неподвижный контакт;
3-толкатель;
4-штифт;
5-контактная пружина;
6-мостик с контактами;
7-возвратная пружина;
120
Рис58.3. Кнопка управления
58.4.Конструкция теплового реле
Тепловое реле является составной частью магнитного пускателя.
Тепловые реле встраиваются в две фазы магнитного пускателя. Они предназначены для защиты
электродвигателей от перегрузок и токов короткого замыкания.
Действие теплового реле основано на изгибании биметаллической пластинки при ее нагревании
током перегрузки.
Тепловое реле состоит
1-биметаллическая пластинка;
2-нагревательный элемент;
3-кнопка возврата;
4-пружина;
5-тяга;
6-контакт;
7-рычаг;
8 – ось;
121
Рис.58.4. Конструкция теплового реле
Работа теплового реле:
При перегрузке электродвигателя в линейных проводах протекают большие токи, значительно
больше номинальных значений. Этот ток протекает через нагревательный элемент 2. Элемент
нагревается и нагревает биметаллическую пластинку 1.Пластинка изгибается вверх, освобождая
из зацепления рычаг 7. Рычаг под действием пружины 4 поворачивается по часовой стрелке на
оси 8 и приводит в движение тягу 5, при помощи которой контакты 6 цепи управления
размыкаются. Размыкание контактов в цепи управления магнитного пускателя приводит к
разрыву силовой цепи. Электродвигатель отключается, что предотвращает выход его из строя
при перегрузке.
При выключении силовой цепи нагревательный элемент 2 остывает, биметаллическая пластинка
возвращается в исходное состояние. Рычаг 7 возвращается в исходное состояние путем нажатия
на кнопку возврата.
58.5. Устройство магнитного пускателя
Конструкция магнитного пускателя приведена рисунке 58.5.
На рисунке обозначены:
1-основание;
2-корпус;
3-катушка;
4-сердечник;
5-якорь;
6-ось траверсы;
7-траверса;
8-контактная пружина;
9-подвижный силовой контакт;
10-неподвижный силовой контакт;
11-подвижный блок-контакт;
12-неподвижный блок-контакт;
13-клемма силовая;
14-клемма блокировок;
15-клемма цепи управления;
16-дугогасительная камера;
17-возвратная пружина;
122
Рис.58.5 Устройство магнитного пускателя
Работа магнитного пускателя
При подаче напряжения на клеммы управления 15 катушка 3 намагничивает сердечник 4
который притягивает к себе якорь 5, закрепленный на оси 6 траверсы 7.
Под действием якоря траверса 7 опускается вниз сжимая возвратную пружину 17.
При опускании траверсы контакты в силовой цепи и блок-контакты в цепи управления и
сигнализации замыкаются. Для надежности срабатывании контактов предусмотрена контактная
пружины 8. Для гашения дуги при размыкании контактов служит дугогасительная камера 16. В
трехфазном магнитном пускателе на одной траверсе размещены три пары силовых и три пары
блок-контактов.
Кроме того в каждый магнитный пускатель встраиваются два тепловых реле.
Занятие 59 Электрические системы.
В настоящее время нельзя представить себе жизнь современного человека без применения
электричества. Электричество уже давно и прочно вошло во все отрасли промышленности и в
быт людей. Основное достоинство электрической энергии относительная простота производства, передачи, и преобразования в другие виды энергий
В системе электроснабжения объектов можно выделим, три типа электроустановок:
 по производству электроэнергии - электрические станции;
123


по передаче, преобразованию и распределению электрической энергии - электрические
сети и подстанции;
по потреблению электроэнергии в производственных и бытовых нуждах - приемники
электроэнергии.
Электрической станцией называется предприятие, на котором вырабатывается электрическая
энергия. На этих станциях различные виды энергии (энергия топлива, падающей воды, ветра,
атомная и др.) с помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразуются в
электрическую энергию.
В зависимости от используемого вида первичной энергии существующие электрические
станции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные,
ветряные и др.
Приемником электроэнергии (электроприемником, токоприемником) называется
электрическая часть производственной установки, получающая электроэнергию от источника и
преобразующая ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию.
Энергетической системой называется совокупность электрических станций, линий
электропередач и, подстанций, тепловых сетей и приемников, объединенных общим и
непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой и электрической
энергии,
Единая Энергетическая система (ЕЭС) объединяет энергетические системы отдельных
районов, соединяя их линиями электропередачи (ЛЭП).
Электроэнергетической системой называется часть энергетической системы, состоящая из
генераторов, распределительных устройств, повышающих и понижающих подстанций, линий
электрической сети и приемников электроэнергии,
Электрической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и
распределения электроэнергии, состоящая из подстанций и распределительных устройств,
соединенных линиями электропередачи, и работающая на определенной территории.
Электрическая сеть объекта электроснабжения, называемая системой электроснабжения
объекта, является продолжением электрической системы. Система электроснабжения объекта
объединяет понижающие и преобразовательные подстанции, распределительные пункты,
электроприемники и ЛЭП.
Прием, преобразование и распределение электроэнергии происходят на подстанции
электроустановке, состоящей из трансформаторов, распределительных устройств, устройств
управления, защиты, измерения и вспомогательных устройств.
Распределение поступающей электроэнергии без ее преобразования или трансформации
выполняется на распределительных подстанциях (PП).
Электрические сети подразделяют по следующим признакам.
 Напряжение сети.
Сети могут быть напряжением до 1 кВ- низковольтными, или низкого напряжения (ПН), и
выше I кВ-высоковольтными, или высокого напряжения (ВН).
 Род тока.
Сети могут быть постоянного переменного тока. Электрические сети выполняются в
основном по системе трехфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным,
поскольку при этом может производиться трансформация электроэнергии. Принятая частота
переменного тока в ЕЭС России равна 50 Гц.
124
 Назначение.
По характеру потребителей и от назначения территории, на которой они находятся,
различают: сети в городах, сети промышленных предприятий, сети электрического
транспорта, сети в сельской местности. Кроме того, имеются районные сети и межсистемные
сети.
 Конструктивное выполнение сетей.
Линии могут быть воздушными, кабельными и токопроводами. Подстанции могут быть
открытыми и закрытыми.
Занятие 60 Электроснабжение предприятий и населенных пунктов.
а) Структура и принципы построения систем электроснабжения предприятий.
Электрические схемы предприятий строятся таким образом, чтобы обеспечить удобство
и безопасность их обслуживании, необходимое качество электроэнергии и бесперебойность
электроснабжения потребителей в нормальных и аварийных условиях.
Системы электроснабжения современных предприятий должны удовлетворить следующим
требованиям:
 экономичности и надежности;
 безопасности и удобства в эксплуатации;
 обеспечения надлежащею качества электроэнергии (уровней и отклонений напряжения,
стабильности частоты к др.);
 экономии цветных металлов и электроэнергии;
 гибкости системы. ( возможность дальнейшего развития без существенного
переустройства основных вариантов электросетей )
 и уменьшение потерь электроэнергии с одновременным повышением надежности,
б) источники питания предприятий
Собственные электростанции сооружаются при значительной удаленности или
недостаточной мощности энергосистем или при наличии специальных электроприемников,
требующих бесперебойного питания. Сооружение заводских электростанций (ТЭЦ)
целесообразно на предприятиях со значительным теплопотреблением. На металлургических
заводах собственные электростанции работают на вторичных ресурсах (доменных и коксовых
газах).
На промышленных предприятиях могут быть применены напряжения переменного тока:
 сети свыше 1 кВ: 500; 330; 220; 150; 110; 35; 20; 10 и 6 кВ;
 сети до 1 кВ: 660; 380; 220; 42; 12 В.
Выгодное для данного предприятия напряжение зависит от многих факторов, основными из
которых являются мощность, потребляемая предприятием и его удаленность от источника
питания.
Для питания промышленных предприятий применяются напряжения от 6 до 220 кВ в
зависимости от упомянутых факторов. К очень крупным энергоемким предприятиям подводятся
напряжения 330 и даже 500 кВ.
в) Качество электроэнергии
Соблюдение установленных нормативов качества электрической энергии является
важнейшей задачей системы электроснабжения промышленных предприятий. Задача
усложняется в связи с ростом мощностей электроприемников, работа которых вызывает
искажения показателей качества электроэнергии.
К числу этих электроприемников относятся электродвигатели прокатных ставов,
дуговые сталеплавильные печи, крупные электросварочные аппараты.
125
Показателями качества электрической энергии являются:
 Отклонения напряжения, т.е. разность между фактический и номинальным значениями
напряжения в данный момент
U  U  U ном
U 
U  U ном
 100 %
U ном
ГОСТом установлены следующие допускаемые отклонения от номинальных напряжений:
 на зажимах приборов рабочего освещения: - 2.5…+5%;
 на зажимах электрических двигателей и их аппаратов —5…+10% .
 на зажинах остальных приемников электрической энергии ±5%.
Причиной отклонений напряжения у потребителей данного предприятии является изменение
режима работы его электроприемников и электроприемников других потребителей,
питающихся от той же сети, а также изменение режима питающей энергосистемы. В результате
изменяются токи в сети и, следовательно, потери напряжении в ней Это вызывает
необходимость регулирования напряжений дли поддержании необходимого его уровня при
разных режимах
 Размах изменения напряжения ∆U, т.е. разность между следующими друг за другом
максимальным и минимальным значениями действующих значений напряжений, В:
U  U max  U min
U 

U max  U min
 100 %
U ном
Частота изменения напряжения, т.е. количество изменений напряжения за
определенное время. (1/с)
F
m
T
Где: F - частота изменений напряжения за время T ; (1/с)
m - количество изменений напряжения
T – время проведения измерений (с)
 Интервал между следующими друг за другом изменениями напряжения ∆ t (с)
г) Структура потребителей электрической энергии и графики их электрических нагрузок.
В зависимости от выполняемых функций и особенностей правил пользования
электроэнергией потребителей электроэнергии принято делить на следующие основные группы:
 промышленные;
 производственные сельскохозяйственные;
 бытовые;
 общественно-коммунальные (учреждения, организации, предприятия торговли и
общественного питания и др.).
126
К промышленным потребителям приравнены следующие предприятия: строительные,
транспорта, шахты, рудники, карьеры, нефтяные, газовые и другие промыслы, связи,
коммунального хозяйства и бытового обслуживания.
Промышленные потребители являются наиболее энергоемкой группой потребителей
электрической энергии.
Каждая из групп потребителей имеет определенный режим работы. Так, например,
электрическая нагрузка от коммунально-бытовых потребителей с преимущественно
осветительной нагрузкой отличается большой неравномерностью в различное время суток.
Днем нагрузка небольшая, к вечеру она возрастает до максимума, ночью она резко падает и к
утру вновь возрастает.
Электрическая нагрузка промышленных предприятий более равномерна в течение дня и
зависит от вида производства, режима рабочего дня и числа смен.
Наглядное представление о характере изменения электрических нагрузок во времени
дают графики нагрузок. По продолжительности они могут быть суточными и годовыми. Если
откладывать по оси абсцисс часы суток, а по оси ординат потребляемую в каждый момент
времени мощность в процентах от максимальной мошности, то получим суточный график
нагрузки.
Рис. 61.1. Суточные графики осветительной нагрузки города: а - зимой; б - летом
Занятие 61 Электрические осветительные установки.
а) типы осветительных установок
Нормальное освещение способствует лучшей работоспособности человека, создает ему
комфортные условия для жизнедеятельности, уменьшает неприятные последствия для здоровья.
Существует два типа осветительных установок.
 естественное
 искусственное освещение.
Естественное освещение создается природными источниками света. Оно связано со световой
ориентацией помещения, с размерами и расположением окон, с цветовой гаммой окраски стен,
потолков и пр.
Искусственное освещение осуществляется с помощью электрических ламп. Освещение
помещения может быть как общим, так и местным.
127
С точки зрения надежности и экономичности в работе осветительных установок
существует
 рабочее,
 аварийное
 охранное освещение.
Первый тип освещения используется при обычных производственных и бытовых
условиях.
Аварийное освещение необходимо для обеспечения светом в экстремальных условиях
(освещении проходов при эвакуации людей, подсветка постов управления наиболее
ответственных механизмов и др.).
Электропитание рабочих электроустановок осуществляется от общих силовых или
осветительных пультов, находящихся в помещении.
Аварийное освещение требует дополнительных источников тока (аккумуляторов,
резервных линий электропередачи и др.).
Охранное освещение - это минимально необходимый уровень освещения помещений в
нерабочее или ночное время. Если при рабочем и аварийном освещении работают
самостоятельные светильники, то при охранном может быть использована часть светильников
рабочего освещения.
б) Требования к электрическому освещению
Осветительная электрическая установка состоит из
 светительной арматуры с источником света,
 коммутационной аппаратуры,
 распределительных пультов
 электрических сетей.
Напряжение питания источников света составляет 220 или 127 В. В индивидуальном освещении
используется напряжение 36 и 12 В.
Мощность осветительной установки определяется по световому потоку, направляемому на
рабочую поверхность.
в) источники электрического света
Традиционными источниками света являются лампы накаливания. Однако в настоящее
время широко применяются газоразрядные источники света. В них невидимое
ультрафиолетовое излучение паров металла или газа преобразуется с помощью люминофора в
излучение, видимое глазом.
Представителем самых распространенных газоразрядных источников света является
люминесцентная лампа (рис. 62.1 ).
Внутри баллона находятся пары ртути, в которых при определенных условиях (между
предварительно нагретыми током катодами необходимо создать импульс высокого напряжения)
происходит электрический разряд. В результате разряда испускаются ультрафиолетовые лучи.
Они поглощаются слоем люминофора, которым покрыты внутренние стенки баллона. В итоге
люминофорный слой начинает излучать видимый свет, близкий по спектральному составу к
солнечному.
128
Рис.62.1. Люминесцентная лампа
1 - стеклянный баллон, 2 - спой люминофора внутри баллона, 3 - электроды (катоды), 4- цоколь,
5 - контактные штырьки
Для зажигания люминесцентной лампы ее включают в сеть с помощью стартера и дросселя. При
нагревании током катодов возникает тлеющий электрический разряд в газе (неоне), которым
наполнен баллон стартера. При этом нагревается и биметаллическая пластина стартера.
Нагреясь, она изогнется и замкнет свои электроды, тлеющий разряд прекратится. Охладившись,
биметаллическая пластина вновь разомкнет электрод. При этом (с участием дросселя ) между
контактами лампы в момент размыкания создается импульс высокого напряжения. В итоге в
парах ртути между катодами лампы возникнут электрический разряд.
Люминесцентные трубчатые лампы низкого давления с дуговым разрядом в парах ртути
делятся на лампы белого света (ЛБ), холодно-белого света (ЛХБ), тепло-белого света
(ЛТБ), дневного света (ЛД).
Следующим представителем газоразрядного источника света является ртутно-кварцевая лампа
высокого давления (тип ДРЛ). В ней люминофор, поглощая ультрафиолетовое излучение,
возникающее при электрическом разряде, превращает его в видимое красное излучение. Эти
лампы включают в сеть также при помощи ПРА.
Для освещения больших пространств используются мощные (5, 10, 20 кВт) ксеноновые
трубчатые лампы типа ДКСТ. Их включают при помощи высоковольтного пускового
устройства (до 30 кВт).
В настоящее время в промышленности и быту нашли широкое применение лампы освещения со
светодиодами
Светодиодное освещение — одно из перспективных направлений технологий искусственного
освещения, основанное на использовании светодиодов в качестве источника света.
Использование светодиодных ламп в освещении уже занимает 6 % рынка (по данным 2006
года). Развитие светодиодного освещения непосредственно связано с технологической
эволюцией светодиода. Разработаны так называемые сверхъяркие светодиоды специально
предназначенные для искусственного освещения.
В сравнении с обычными лампами накаливания, светодиоды обладают многими
преимуществами:




Экономично используют электроэнергию по сравнению с традиционными лампами
накаливания.
Срок службы в 30 раз больше по сравнению с лампами накаливания.
Возможность получать различные спектральные характеристики этого источника света,
без потери в световых фильтрах (как в случае ламп накаливания).
Безопасность использования.
129




Малые размеры.
Отсутствие ртутных паров (в сравнении с люминесцентными лампами).
Отсутствие ультрафиолетового излучения и малое инфракрасное излучение.
Незначительное тепловыделение.
Рис.62.2.Светодиодные светильники.
г) Распределение электрической энергии в зданиях
Ввод в здание может осуществляться либо воздушной, либо кабельной линией электропередачи
напряжением 380 / 220 В.
Вводная линия подходит к главному щиту, откуда происходит распределение электроэнергии по
этажам жилого дома.
На этажах здания имеются промежуточные щиты, куда, в свою очередь, подключаются
квартирные или другие щитки индивидуальных или групповых потребителей энергии.
Занятие 62 Перспективные направления развития электротехники
Научно-технический прогресс происходит при все более широком применении
электрической энергии. В наше время нет ни одной отрасли народного хозяйства, ни одной
научно-исследовательской работы, где бы она так или иначе не использовалась.
Применение электроэнергии стало возможным с появлением электротехники — науки
о практическом применении электрических и магнитных явлений природы и законов, их
описывающих.
Электротехника и электроника занимают важнейшее место в жизни современного
общества, так как в промышленности, транспорте, сельском хозяйстве, быту, медицине,
культуре они способствуют кардинальному изменению экономических и социальных условий
жизни человека.
Совершенствование энергетического оборудования дает возможность снижать удельные
расходы топлива, капитальные затраты на сооружение электростанций и себестоимость электроэнергии. Электрическая энергия, вырабатываемая электростанциями, широко используется в
промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и для бытовых нужд.
130
Для привода в движение станков, машни и различных механизмов на заводах, фабриках,
и на других производствах в настоящее время преимущественно пользуются удобными и
экономичными электрическими двигателями.
В электрических печах плавят металл, получают сталь и различные сплавы.
Электричество широко применяется при получении алюминия, различных химических
продуктов и многих других веществ. Электрическая сварка и резка металлов имеют
чрезвычайно большое распространение.
Только с развитием электротехники появилась возможность применять в
промышленности новые технологические процессы, осуществлять широкую автоматизацию
производства, создавать новые высокопроизводительные машины.
Электричество приводит в движение электропоезда, трамваи и троллейбусы, поднимает
тяжести, помогает находить руды, уголь и нефть в недрах земли.
Внедрение электрической энергии в сельское хозяйство позволяет максимально
механизировать большинство самых трудоемких работ, резко сократить сроки их выполнения и
значительно увеличить выпуск сельскохозяйственной продукции.
Электрическая энергия широко применяется и в домашнем быту.
Благодаря электричеству стали возможны многие замечательные открытия нашего
времени. Радиосвязь и радиолокация, проникновение в недра атома и разрушение его — все это
производится при помощи электричества. Электричество позволяет нам слышать за многие
тысячи километров, дает возможность видеть в полной темноте и на значительном расстоянии,
открывает глазу работу внутренних органов человеческого тела и лечит болезни.
К основным направлениям развития современной электротехники относятся:





разработка и выпуск электротехнических устройств и электромашин с использованием
современного микропроцессорного управления;
повышение эксплуатационной надежности, унификации и улучшение энергетических
показателей электротехнических аппаратов;
расширение области применения электротехнических аппаратов и электрических машин
развитие научно-исследовательских работ по созданию математических моделей и
технологических процессов, машинных средств проектирования электротехнических
изделий;
подготовка инженерно-технических и научных кадров, способных проектировать,
создавать и эксплуатировать современные автоматизированный электропривод и
электротехнические аппараты.
Решение этих и ряда других проблем позволит существенно улучшить техникоэкономические характеристики электротехнических аппаратов и создать тем самым базу для
дальнейшего технического прогресса промышленного производства.
Занятие 63, 64 Контрольная работа Защита рефератов по модулю №3
Темы рефератов по модулю №3 «Электрические установки»
1. Общие характеристики электрических машин.
2. Назначение и устройство асинхронного двигателя.
3. Общие характеристики и классификация электрических аппаратов.
4. Назначение, устройство и ремонт предохранителей.
5. Назначение, устройство и ремонт кнопок и выключателей.
6. Назначение, устройство и принцип действия теплового реле.
7. Назначение, устройство и принцип действия магнитного пускателя.
8. Назначение и общие характеристики электрических систем.
9. Электроснабжение предприятий и населенных пунктов.
10. Электрические осветительные установки.
131
Занятие 65 Итоговое занятие
Для заметок
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
132