Электрические цепи переменного тока

Электрические цепи постоянного тока

Области применения электротехнических устройств постоянного тока в современных производствах добычи и переработки полезных ископаемых. Структура электрической цепи. Генерирующие и приемные устройства. Стандартные графические обозначения электротехнических устройств постоянного тока. Схемы замещения электротехнических устройств. Линейные резистивные элементы, идеальные источники ЭДС и тока, их свойства и вольт-амперные характеристики. Условные графические обозначения, применяемые на схемах замещения

Линейные неразветвленные и разветвленные электрические цепи с одним источником ЭДС. Условные положительные направления ЭДС, токов и напряжений на схемах замещения. Пассивный и активный двухполюсники. Режимы работы электрической цепи. Энергетический баланс в электрических цепях. Определение эквивалентных сопротивлений разветвленных пассивных линейных цепей. Взаимное преобразование схем соединений треугольником и звездой пассивных элементов. Анализ электрического состояния неразветвленной и разветвленной линейных электрических цепей с несколькими источниками ЭДС путем непосредственного применения законов Кирхгофа. Методы контурных токов и узлового напряжения. Принцип суперпозиции.

Основные свойства и области применения четырехплечих мостовых цепей.

Нелинейные элементы и их характеристики (диод, стабилитрон, терморезистор). Анализ электрического состояния неразветвленных и разветвленных электрических цепей с нелинейными элементами.

Электрические цепи переменного тока

Особенности электромагнитных процессов в цепях с изменяющимися во времени токами. Генерирующие устройства переменного тока промышленной и высоких частот. Области применения и причины широкого распространения электротехнических устройств синусоидального тока промышленной частоты.

Однофазные цепи. Принцип действия простейшего однофазного электромашинного генератора синусоидальной ЭДС промышленной частоты. Основные параметры, характеризующие синусоидальную величину. Начальная фаза. Сдвиг фаз. Мгновенное, амплитудное, действующее и среднее значения синусоидально изменяющихся электрических величин. Представление синусоидальных величин тригонометрическими функциями, графиками изменений функций во времени, вращающимися векторами и комплексными числами.

Электротехнические устройства переменного тока: источники ЭДС, резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы. Стандартные графические обозначения на схемах электротехнических устройств переменного тока. Схемы замещения электротехнических устройств переменного тока. Идеальные элементы: резистивные, индуктивные и емкостные. Параметры (активное сопротивление, индуктивность, емкость) и характеристики (вольтамперные, вебер-амперные, кулон-вольтные) идеальных элементов. Условные графические обозначения, применяемые на схемах замещения для изображения идеальных и реальных элементов. Законы Ома и Кирхгофа для цепей синусоидального тока.

Уравнение электрического состояния для неразветвленной цепи. Активное, реактивное и полное сопротивления двухполюсника. Комплексное сопротивление. Треугольник сопротивлений. Векторные диаграммы. Фазовые соотношения между токами и напряжениями. Понятие о потенциальных (топографических) диаграммах. Колебание энергии и мгновенная мощность элементов цепи. Активная, реактивная и полная мощности. Треугольник мощностей. Коэффициент мощности и его технико-экономическое значение. Выражение мощности в комплексной форме. Резонанс напряжений, условия его возникновения и практическое значение.

Цепи с параллельным соединением ветвей. Уравнения электрического состояния цепи. Векторные диаграммы. Активная, реактивная и полная проводимости. Треугольник проводимостей. Комплексная проводимость. Резонанс токов, условия его возникновения и практическое значение. Компенсация реактивной мощности для повышения коэффициента мощности. Анализ электрического состояния разветвленных цепей с применением комплексных чисел. Регулируемые и нерегулируемые фазовращающие устройства. Особенности и области применения четырехплечих мостовых устройств в цепях синусоидального тока. Магнитосвязанные электрические цепи. Анализ простейших цепей с учетом явления взаимоиндукции.

Трехфазные цепи. Области применения трехфазных устройств. Простейший трехфазный генератор. Способы соединения трехфазной обмотки генератора. Представление электрических величин трехфазных систем тригонометрическими функциями, графиками, вращающимися векторами и комплексными числами. Условные положительные направления электрических величин в трехфазной системе. Фазные и линейные напряжения. Векторные диаграммы.

Способы включения в трехфазную сеть однофазных и трехфазных приемников. Четырехпроводная и трехпроводная трехфазные цепи. Соотношение между фазными и линейными напряжениями, фазными и линейными токами.

Мощность трехфазной цепи Понятие о работе трехфазной цепи при несимметричной нагрузке в четырехпроводной и трехпроводной цепях. Назначение нейтрального провода. Напряжение между нейтралями. Компенсация реактивной мощности для повышения коэффициента мощности трехфазной установки. Измерение активной мощности (энергии) трехфазной системы методом двух и трех ваттметров (счетчиков). Однолинейное изображение трехфазной цепи на электрических схемах.

Переходные процессы в линейных электрических цепях. Причины возникновения переходных процессов в электрических цепях и их значение для работы цепей. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепи. Установившиеся и свободные составляющие токов и напряжений. Законы коммутации и их использование для определения начальных условий. Влияние параметров цепи на длительность переходного процесса. Постоянная времени.

Переходные процессы при включении на зажимы источника постоянного напряжения неразветвленных цепей: с резистором и индуктивной катушкой, с резистором и конденсатором, с резистором, индуктивной катушкой и конденсатором. Понятие о характере протекания переходных процессов в цепи, содержащей индуктивную катушку и резистор, включаемых на зажимы источника синусоидального напряжения.

Разряд конденсатора на резистор. Простейший генератор пилообразного напряжения. Возникновение перенапряжения и дугового разряда на контактах при размыкании цепи, содержащей индуктивную катушку. Назначение разрядного резистора. Понятие о характере протекания переходных процессов при разряде конденсатора на цепь с резистором и индуктивной катушкой. Практическое использование переходных процессов.

Применение цепей с резисторами, индуктивными катушками и конденсаторами для электрического моделирования процессов в механических, гидравлических и других системах.

Периодические несинусоидальные токи в электрических цепях. Причины возникновения периодических несинусоидальных ЭДС, токов и напряжений. Электрические цепи с вентилями. Представление периодических несинусоидальных величин рядами Фурье. Частотный спектр периодической несинусоидальной величины. Максимальное, среднее и действующее значения периодической несинусоидальной величины. Коэффициенты амплитуды, формы и искажения. Анализ линейных электрических цепей при несинусоидальном напряжении источника питания. Активная и полная мощности. Влияние индуктивных и емкостных элементов цепи на форму кривых токов и напряжений. Резонансные фильтры. Электрические схемы и принцип работы выпрямителей и сглаживающих фильтров. Понятие о дифференцирующих, интегрирующих и избирательных цепях.

Электромагнитные устройства и трансформаторы

Применение электромагнитных устройств постоянного и переменного токов в технике. Назначение магнитопровода. Свойства ферромагнитных материалов, используемых для изготовления магнитопроводов электромагнитных устройств с постоянными и переменными магнитными полями. Неразветвленные и разветвленные магнитные цепи.

Магнитные цепи с постоянной магнитодвижущей силой (МДС). Реальная и идеальные магнитные цепи. Применение закона полного тока для анализа идеальной магнитной цепи. Магнитное сопротивление и проводимость. Схема замещения магнитной цепи. Вебер-амперные характеристики. Аналогия методов анализа электрических и магнитных цепей. Магнитные цепи при наличии воздушного зазора в магнитопроводе. Расчет тягового усилия электромагнита постоянного тока. Электромагнитные устройства постоянного тока: подъемные электромагниты контакторы, реле и т.п. Их характеристики, свойства и области применения. Неразветвленная цепь с постоянным магнитом. Понятие о ее расчете. Область применения.

Магнитные цепи с переменной магнитодвижущей силой. Особенности магнитной цепи с переменной МДС. Реальная и идеальная катушки с магнитопроводом. Катушка с магнитопроводом как нелинейный индуктивный элемент и ее вольт-амперная характеристика. Способы уменьшения мощности потерь энергии на гистерезис и вихревые токи. Зависимости мгновенных значений магнитного потока и тока во времени при синусоидальном напряжении на катушке.

Эквивалентный синусоидальный ток. Уравнение электрического состояния, векторная диаграмма и схема замещения катушки. Влияние воздушного зазора магнитопровода на вольт-амперную характеристику катушки. Полное сопротивление катушки. Электромагнитные устройства переменного тока с изменяемым воздушным зазором: дроссели, контакторы и т.п. Зависимость полного сопротивления от величины зазора. Понятие о ферромагнитном стабилизаторе напряжения.

Трансформаторы. Назначение и области применения трансформаторов. Однофазный трансформатор. Устройство и принцип действия трансформатора. Основной магнитный поток, потокосцепление рассеяния. Коэффициент трансформации. Условные положительные направления напряжений, токов, ЭДС и магнитных потоков. Условные графические обозначения, применяемые для изображения трансформатора на электрических схемах. Уравнения электрического и магнитного состояния трансформатора. Реальный трансформатор. Идеальный трансформатор. Приведенный трансформатор. Векторная диаграмма и схема замещения. Опыты холостого хода и короткого замыкания, назначение и условия поведения. Потери энергии и КПД. Изменение вторичного напряжения при нагрузке и внешняя характеристика трансформатора.

Устройство, принцип действия и области применения трехфазных трансформаторов. Понятие о группах соединений обмоток. Устройство, принцип действия и области применения автотрансформаторов. Понятие о многообмоточных трансформаторах. Измерительные трансформаторы тока и напряжений, назначение и свойства. Схемы включения измерительных трансформаторов и приборов. Погрешности измерений при использовании измерительных трансформаторов. Классы точности. Определение цены деления шкал измерительных приборов, включаемых с использованием измерительных трансформаторов.

Магнитные цепис постоянной и переменной магнитодвижущими силами. Дроссель насыщения как управляемый нелинейный индуктивный элемент. Устройство и принцип действия простейшего магнитного усилителя. Схемы включения, рабочих обмоток иобмоток управления. Характеристика управления. Коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности. Назначение обмоток обратной связи и смещения. Понятие о магнитных усилителях с самонамагничиванием. Понятие о дифференциальных магнитных усилителях. Области применения магнитных усилителей.

Основы электроники

Полупроводниковые приборы: диоды (выпрямительные, туннельные, стабилитроны), свето и фотодиоды; биполярные транзисторы, полевые транзисторы и тиристоры. Электровакуумные диоды, триодытетроды, пентоды и тиратроны. Основные характеристики и параметры.

Полупроводниковые и электронные усилители. Классификация; усилителей. Однокаскадные усилители. Графический анализ работы усилителя с коллекторной нагрузкой. Основные параметры усилителя. Режимы работы усилителей (классы усиления А, В, С, и др.). Температурная стабилизация режима работы усилителя. Влияние внутреннего сопротивления источника сигнала исопротивления нагрузки на коэффициент усиления. Особенности усилителя на полевом транзисторе. Усилители на электровакуумном триоде и пентоде. Многокаскадные усилители. Двухкаскадный усилитель с RC-связью. Понятие о частотной характеристике. Усилители постоянного тока (УПТ). Основные свойства и характеристики. Дрейф нуля и способы его устранения. Балансные схемы УПТ.

Обратные связи в электронных устройствах. Влияние отрицательной обратной связи на параметры усилителей. Усилительный каскад с эмиттерной нагрузкой (эмиттерный повторитель). Усилители мощности (УМ). Однотактные и двухтактные УМ. Понятие об избирательных усилителях LC- и RC-типов.

Генераторы и импульсные устройства. Автогенераторы гармонических колебаний. Понятие об автогенераторах LC- и RC-типов. Использование импульсных устройств в промышленной электронике. Работа транзистора в режиме ключа. Электронные реле. Триггеры. Понятие о пересчетных устройствах.

Интегральные схемы (ИС) и микроэлектроника. Необходимость перехода современной электроники к ИС. Принципы построения ИС.

Электрические измерения и приборы

Расширение понятия измерительного процесса. Сочетание измерений с функциями автоматического контроля, сигнализации и управления. Преимущества электрических методов измерения неэлектрических величин. Понятие, об электрическом преобразователе. Методы измерения: прямые и косвенные. Меры. Измерительные приборы непосредственного отсчета и приборы сравнения. Понятие об аналоговом и цифровом приборах.

Основные показатели качества измерительного устройства: точность, чувствительность, потребления энергии. Случайная и систематические погрешности в электрических измерениях. Погрешности метода в электрических измерениях. Погрешности косвенных измерений.

Измерительная цепь и измерительный механизм показывающего прибора. Устройство, принцип действия, основные свойства и области применения показывающих приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и выпрямительной систем. Логомстры. Счетчики электрической энергии. Обозначения на шкалах приборов. Определение цены деления шкалы. Погрешности и классы точности показывающих приборов.

Измерение токов, напряжений, сопротивлений, активной мощности и энергии. Общая оценка достижимых в настоящее время пределов чувствительности и точности измерений постоянных и переменных токов и напряжений. Понятие о мостовом методе измерений. Уравнение равновесия четырехплечевого моста постоянного тока. Понятие об уравновешенных и неуравновешенных мостах. Области применения мостов для измерения электрических величин. Мосты переменного тока и их применение для измерения неэлектрических величин с помощью параметрических преобразователей. Понятие о компенсационном методе измерений.

Особенности электронных измерительных приборов. Электронный осциллограф. Функциональная схема осциллографа и его применение. Электронный вольтметр. Функциональная схема вольтметра.

Электрические машины

Машины постоянного тока.Устройство машины постоянного тока. Коллектор и его назначение. Простейшие обмотки якоря. Возможность работы машины в режимах генератора и двигателя. Схема замещения цепи якоря. Преобразование энергии. ЭДС якоря и электромагнитный момент машины постоянного тока. Понятие о реакции якоря и коммутации. Потери энергии и КПД машин постоянного тока.

Работа машины в режиме генератора. Генераторы постоянного тока независимого возбуждения и самовозбуждения. Характеристика холостого хода. Уравнение электрического состояния цепи якоря. Внешняя и регулировочная характеристики. Сравнительная оценка свойств и области применения генераторов постоянного тока различных способов возбуждения. Тахогенераторы.

Работа машины в режиме двигателя. Классификация двигателей постоянного тока по способу возбуждения. Уравнение электрического состояния цепи якоря. Пуск двигателя. Назначение пускового реостата. Зависимости магнитного потока и электромагнитного момента двигателей разных способов возбуждения от тока якоря. Механические характеристики двигателей. Регулирование скорости вращения. Понятие о тормозных режимах двигателей постоянного тока. Реверсирование. Сравнительная оценка свойств двигателей постоянного тока разных способов возбуждения и области применения. Особенности устройства исполнительных двигателей постоянного тока. Понятие; об универсальных

коллекторных двигателях.

Асинхронные машины. Устройство трехфазной асинхронной машины. Возбуждение вращающегося магнитного поля трехфазной симметричной системой токов. Скорость вращения поля. Направление вращения.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя и области применения. Конструкция фазного и короткозамкнутого роторов. Графическое изображение асинхронного двигателя на электрических схемах. Скорость вращения ротора и его поля. Скольжение. Зависимость частоты и величины ЭДС и тока в фазе обмотки ротора от скольжения. Схема замещения фазы трехфазного асинхронного двигателя. Преобразования энергии, происходящие в асинхронном двигателе. Активная, электромагнитная и полезная мощности двигателя. Потери энергии и КПД двигателя. Реактивная мощность и коэффициент мощности двигателя. Электромагнитный момент двигателя и его зависимость от величин скольжения и напряжения сети. Механическая характеристика двигателя. Перегрузочная способность двигателя. Пуск двигателя. Рабочие характеристики двигателя. Асинхронные двигателя с улучшенными пусковыми свойствами. Регулирование скорости вращения. Понятие о работе асинхронных машин в качестве тормоза и генератора Области применения трехфазных асинхронных двигателей. Понятие о линейных асинхронных двигателях.

Принцип действия, механические характеристики, свойства и области применения однофазных асинхронных двигателей. Однофазные двигатели с пусковыми элементами и конденсаторные двухфазные двигатели. Двигатели с расщепленными полюсами. Двухфазные исполнительные двигатели с полым немагнитным ротором. Асинхронный тахогенератор. Понятие об устройстве, принципе действия и области применения поворотных трансформаторов.

Понятие об устройстве, принципе действия и области применения однофазных сельсинов с трехфазной обмоткой синхронизации.

Синхронные машины.Устройство трехфазных синхронных машин с электромагнитным возбуждением. Области применения синхронных машин. Графическое изображение синхронной машины на электрических схемах.

Работа синхронной машины в режиме генератора Работа генератора на автономную нагрузку. Магнитное поле машины ЭДС и электромагнитный момент. Схема замещения фазы обмотки статора неявнополюсного синхронного генератора Уравнение электрического состояния фазы обмотки статора: Векторная диаграмма. Электромагнитная мощность. Внешние характеристики синхронного генератора. Работа трехфазного синхронного генератора параллельно с сетью. Включение генератора на параллельную работу с сетью. Регулирование активной мощности. Угловые характеристики. Предел устойчивости и выпадение их синхронизма. Регулирование реактивной мощности генератора, U-образные характеристики.

Работа синхронной машины в режиме двигателя. Схема замещения. Пуск двигателя. Уравнение электрического состояния и векторная диаграмма фазы обмотки статора. Электромагнитный момент двигателя. Механическая и U-образная характеристики двигателя. Влияние величины тока возбуждения на коэффициент мощности двигателя. Понятие о принципе действия и назначении синхронного компенсатора.

Устройство, принцип действия и области применения синхронных двигателей малой мощности: реактивных, гистерезисных и шаговых.