Лекции по теоретическим основам электротехники

Электротехника
Расчет цепей постоянного тока
Расчет цепей переменного тока
Расчет трехфазных цепей
Примеры  решения типовых задач
Лабораторные работы
Методические указания к решению задачи
Расчет сглаживающего фильтра
Трехфазные цепи
Цепи несиносоидального тока
Математика
Интегрирование тригонометрических функций
Вычисление интегралов от рациональных функций
Интегрирование рациональных функций
Повторные интегралы
Криволинейные интегралы первого рода
Криволинейные интегралы второго рода
Теорема Остроградского-Гаусса
Независимость криволинейных интегралов от пути интегрирования
Физические приложения двойных интегралов
Физические приложения криволинейных интегралов
Физические приложения поверхностных интегралов
Физические приложения тройных интегралов
Теорема Стокса
Поверхностные интегралы первого рода
Поверхностные интегралы второго рода
Тройные интегралы в декартовых координатах
Тройные интегралы в цилиндрических координатах
Тройные интегралы в сферических координатах
Производная показательной и логарифмической функции
Производная степенной функции
Производная произведения и частного функций
Дифференцирование и интегрирование степенных рядов
Найти производную функции
Примеры вычисления производной
Производная обратной функции
Логарифмическое дифференцирование
Исследование функций с помощью производных
Физика
Электродинамика
Электростатика
Электрический ток
Термодинамика
Решение задач
Основные операции над векторами
Кинематика твердого тела
Силы Виды взаимодействий
Закон сохранения импульса
Гравитация Законы Кеплера
Неинерциальные системы отсчета
Механические колебания
Физический маятник
Математический маятник
Резонанс
Специальная теория относительности

Преобразования Лоренца

Математическая физика
Химия
Примеры решения задач
контрольной работы
Современная теория строения
атомов и молекул
Контрольные задания
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Химическая кинетика
Электролиз
Начертательная геометрия
Сечение геометрического тела
Аксонометрические проекции
Сборочный чертеж
Построение тел вращения
Развертка прямой призмы
Машиностроительное черчение
Профиль  резьбы
Работа «Соединение болтом»
Работа «Соединение шпилькой»
Сварные соединения
Разновидность  крепежных изделий
Выполнить эскизы с натуры
Шероховатостью поверхности
Выполнениечертежа сборочной единицы
Деталирование чертежа общего вида
Построение смешанного сопряжения.
Направления штриховки в разрезах
Сопромат
Деформации и перемещения при кручении валов
Расчет статически неопределимых балок
Действие с силами и моментами
Расчеты на прочность по допускаемым напряжениям
Расчет цилиндрических витых пружин

Примеры решения задач на прочность

Ядерная энергетика
Реакторы атомных станций
Ядерное топливо и ядерные отходы
Ядерно-энергетические транспортные установки
Блочный щит управления энергоблока
Реакторы на быстрых нейтронах
АЭС с реакторами ВВЭР нового поколения
РБМК - Реактор Большой Мощности Канальный
ВВЭР и РБМК: сравнительные характеристики
Энергосберегающие технологии
Альтернативная энергетика
Информатика
Тонкая клиентная сеть
Создание корпоративной Webсети
Восстановление ЛВС после аварий
Беспроводные сети
Серверы масштаба предприятия и суперсерверы
Протоколы сетевого управления
Прокси-серверы
Оценка эффективности локальной сети
Производительность рабочих станций и серверов ЛВС
Кабельные системы для локальных сетей
История искусства
Архитектура
Интерьеры античности и возраждения в Италии
Вид на Акрополь
План терм Константина; разрез и фасады
План  и разрез Сакристии Сан Лоренцо
Интерьеры XIV—XV веков и эпохи классицизма в России
Интерьеры Успенского собора
Усадьба «Высокие горы»
 
Цифровая фотография

Учебное пособие по курсу электротехники

Введение

Теоретические основы электротехники (ТОЭ) являются базовым общетехническим курсом для электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов. Курс ТОЭ рассчитан на изучение в течение трех семестров и состоит из двух основных частей: теории цепей (два семестра) и теории электромагнитного поля (один семестр). Данный лекционный курс посвящен первой из указанных частей ТОЭ -теории линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей. Содержание курса и последовательность изложения материала в нем в целом соответствуют программе дисциплины ТОЭ для электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов.

Цель данного курса состоит в том, чтобы дать студентам достаточно полное представление об электрических и магнитных цепях и их составных элементах, их математических описаниях, основных методах анализа и расчета этих цепей в статических и динамических режимах работы, т.е. в создании научной базы для последующего изучения различных специальных электротехнических дисциплин.

Задачи курса заключаются в освоении теории физических явлений, положенных в основу создания и функционирования различных электротехнических устройств, а также в привитии практических навыков использования методов анализа и расчета электрических и магнитных цепей для решения широкого круга задач.

В результате изучения курса студент должен знать основные методы анализа и расчета установившихся процессов в линейных и нелинейных цепях с сосредоточенными параметрами, в линейных цепях несинусоидального тока, в линейных цепях с распределенными параметрами, основные методы анализа и расчета переходных процессов в указанных цепях и уметь применять их на практике.

Знания и навыки, полученные при изучении данного курса, являются базой для освоения таких дисциплин, как: математические основы теории автоматического управления, теория автоматического управления, электропривод, промышленная электроника, электроснабжение промышленных предприятий, переходные процессы в электрических системах, электрические измерения и т. д.

При изучении дисциплины предполагается, что студент имеет соответствующую математическую подготовку в области дифференциального и интегрального исчислений, линейной и нелинейной алгебры, комплексных чисел и тригонометрических функций, а также знаком с основными понятиями и законами электричества и магнетизма, рассматриваемыми в курсе физики.

    1. Элементы электрических цепей. Электрическая цепь и её элементы

      Электрической цепью называют совокупность электротехнических устройств, образующих путь для прохождения электрического тока и предназначенных для передачи, распределения и взаимного преобразования электрической и других видов энергии.

      Электромагнитные процессы, протекающие в устройствах электрической цепи, могут быть описаны при помощи понятий об электродвижущей силе (Э.Д.С.), токе и напряжении.

      Электрические цепи, в которых получение электрической энергии, её передача и преобразование происходят при неизменных во времени токах и напряжениях, называют цепями постоянного тока. В таких цепях электрические и магнитные поля также не изменяются во времени. Так как токи и напряжения постоянны, то изменения этих величин во времени равны нулю:

      Поэтому и напряжение на индуктивности UL, и ток через ёмкость, зависящие от изменения этих величин, также равны нулю:

      Из этого следует, что в индуктивности сопротивление постоянному току равно нулю, а ёмкость, наоборот, представляет собой бесконечно большое сопротивление. Поэтому в цепи постоянного тока катушка индуктивности представляет собой закоротку (обычный провод, сопротивлением которого можно пренебречь), а ёмкость (конденсатор) — представляет собой разрыв цепи.

      Основными элементами электрической цепи являются источники и приёмники электрической энергии, которые соединяются между собой проводами.

      В источниках электрической энергии (электромагнитные генераторы, гальванические элементы, термопреобразователи и др.) происходит преобразование механической, химической, тепловой и других видов энергии в электрическую.

      В приёмниках электрической энергии (электродвигатели, электротермические устройства, лампы накаливания, резисторы, электролизные ванны и др.), наоборот, электрическая энергия преобразуется в тепловую, световую, механическую, химическую и др.

    2. Топология электрических цепей.
    3. Переменный ток. Изображение синусоидальных переменных.
    4. Элементы цепи синусоидального тока, векторные диаграммы и комплексные соотношения для них.
    5. Основы символического метода расчета. Методы контурных токов и узловых потенциалов.
    6. Основы матричных методов расчета электрических цепей.
    7. Мощность в электрических цепях.
    8. Резонансные явления в цепях синусоидального тока.
    9. Векторные и топографические диаграммы. Преобразование линейных электрических цепей.
    10. Анализ цепей с индуктивно связанными элементами.
    11. Особенности составления матричных уравнений при наличии индуктивных связей и ветвей с идеальными источниками.
    12. Методы расчета, основанные на свойствах линейных цепей.
    13. Метод эквивалентного генератора. Теорема вариаций.
    14. Пассивные четырехполюсники.
    15. Электрические фильтры.
    16. Трехфазные электрические цепи: основные понятия и схемы соединения.
    17. Расчет трехфазных цепей.
    18. Применение векторных диаграмм для анализа несимметричных режимов. Мощность в трехфазных цепях.
    19. Метод симметричных составляющих.
    20. Теорема об активном двухполюснике для симметричных составляющих.
    21. Вращающееся магнитное поле. Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей.
    22. Линейные электрические цепи при несинусоидальных периодических токах.
    23. Резонансные явления в цепях несинусоидального тока. Высшие гармоники в трехфазных цепях.
    24. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Классический метод расчета переходных процессов.
    25. Методика и примеры расчета переходных процессов классическим методом.

    26. Определение постоянной времени. Переходные процессы в R-L-C-цепи.
    27. Операторный метод расчета переходных процессов.
    28. Последовательность расчета переходных процессов операторным методом. Формулы включения. Переходные проводимость и функция по напряжению
    29. Интеграл Дюамеля. Метод переменных состояния.
    30. Нелинейные цепи постоянного тока. Графические методы расчета.
    31. Расчет нелинейных цепей методом эквивалентного генератора. Аналитические и итерационные методы расчета цепей постоянного тока.
    32. Нелинейные магнитные цепи при постоянных потоках.
    33. Общая характеристика задач и методов расчета магнитных цепей.
    34. Особенности нелинейных цепей переменного тока. Графический метод расчета с использованием характеристик для мгновенных значений.
    35. Графические методы расчета с использованием характеристик по первым гармоникам и действующим значениям. Феррорезонанс. Аналитические методы расчета.
    36. Метод кусочно-линейной аппроксимации. Метод гармонического баланса.
    37. Понятие об эквивалентном эллипсе, заменяющем петлю гистерезиса. Потери в стали. Катушка и трансформатор с ферромагнитными сердечниками.
    38. Переходные процессы в нелинейных цепях. Аналитические методы расчета.
    39. Понятие о графических методах анализа переходных процессов в нелинейных цепях. Методы переменных состояния и дискретных моделей.
    40. Цепи с распределенными параметрами в стационарных режимах: основные понятия и определения.
    41. Линия без искажений. Уравнения линии конечной длины. Определение параметров длинной линии. Линия без потерь. Стоячие волны.
    42. Входное сопротивление длинной линии. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами.
    43. азграничение областей применения теории цепей и теории поля является условным. Например, процессы распространения электрических сигналов в линиях электропроводной связи исследуются как методами теории цепей, так и методами теории поля.

      Курс ТОЭ является инженерной дисциплиной. Если главной задачей, например, физика является открытие и исследование законов природы, то главной задачей инженера является воплощение этих законов в технических конструкциях, тем самым используя их на практике. Курс ТОЭ способствует осуществлению главной задачи инженера.

      Когда М. Фарадей впервые в 1831 году опубликовал свое замечательное открытие о том, что изменение магнитного потока создает электродвижущую силу (э.д.с.), его спросили (как спрашивают, впрочем, всякого, кто открывает какие-то новые явления): "Какая от этого польза?" [9]. Ведь все, что он обнаружил, было очень странным: в проводе возникал крошечный ток, когда он двигал провод возле магнита. Какая же может быть от этого "польза"? М. Фарадей ответил: "Какая может быть польза от новорожденного?" А теперь вспомните о тех громадных практических применениях, к которым привело его открытие. Рассмотрим, например, гидроэлектростанцию...

      Огромная река, перегороженная бетонной стеной. Но что это за стена! Изогнутая в виде идеально плавной кривой, тщательно рассчитанная так, чтобы как можно меньше бетона сдерживало напор реки: стена утолщается книзу, образуя чудесную форму, которой любуются художники, но которую способны оценить только инженеры, потому что они понимают, насколько это хорошо. Они знают, что утолщение определяется тем, как растет давление воды на глубине. Вернемся к электричеству.

      Все сооружение состоит из двух частей - одна крутится, а другая стоит. Вся эта сложная конструкция сделана из немногих материалов, главным образом из железа и меди, а также из бумаги и шеллака, служащих изоляцией. Это вращающееся чудовище - генератор. Плотина, турбина, железо и медь - все собрано вместе для того, чтобы в медных полосках появилось нечто особенное - э.д.с. Затем медные полоски проходят небольшой путь и закручиваются несколько раз вокруг другого куска железа, образуя трансформатор. На этом их работа заканчивается.

      Но вокруг этого же куска железа обвивается еще один медный кабель, который проходит поблизости от этих полос и забирает их э.д.с. Трансформатор превращает энергию, которая имела сравнительно низкое напряжение, необходимое для эффективной работы генератора, в очень высокое напряжение, которое лучше всего подходит для экономичной передачи энергии по длинным кабелям.

      И все должно быть исключительно эффективным - не может быть ничего лишнего, никаких потерь. Почему? Через все эти устройства протекает огромная электрическая энергия. Если, например, только один процент этой энергии выделился бы в виде тепла, все устройство расплавилось бы.

      От электростанции отходят во всех направлениях несколько дюжин медных стержней - узкие медные дороги, несущие энергию гигантской реки. От них идут все новые и новые разветвления (трансформаторов становится все больше), пока, наконец, река не распределится по всему городу; она крутит двигатели, создает свет, тепло, изготовляет приборы. Чудо рождения горячего огня из холодной воды на громадных расстояниях - и все это благодаря особым образом собранным кусочкам железа и меди. Большие моторы для проката стали и крошечные моторчики для бормашины. Тысячи маленьких колесиков, крутящихся под действием большого колеса на реке. Остановите большое колесо, и все остальные колесики замрут, огни потухнут.

      Сведение расчета переходных процессов в цепях с распределенными параметрами к нулевым начальным условиям. Правило удвоения волны.
 
Лабораторные работы

Лабораторная работа № 2. Разветленная цепь постоянного тока

Лабораторная работа № 3. Активный двухполюсник. Линейные соотношения.
Лабораторная работа № 4. Простые цепи синусоидального тока

Лабораторная работа № 5. Переменные режима разветвленной цепи синусоидального тока

Лабораторная работа № 6. Цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами

Лабораторная работа №10. Разветвленная цепь синусоидального тока

Программы для изучения курса электротехника

Калькулятор для работы с комплексными числами Типовые расчеты по ТОЭ

Пример экзаменационных билетов по ТОЭ

Основы физики и электротехники. Лекции, курсовые, задачи, учебники