Введение в электротехнику

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Топольский Дмитрий Валерианович
  Топольская Ирина Геннадьевна
  кафедра «Теоретические основы электротехники»
  
  ауд. 448/3б, 446/3б, 269/ГУК
  topolskiidv@susu.ru
  topolskaiaig@susu.ru
  
  
  
  

• 

  2 слайд

  ЛИТЕРАТУРА
  Основная литература:
  1. Электротехника: Учеб. для неэлектротехн. спец. вузов / Х. Э. Зайдель и др.; Под ред. В. Г. Герасимова. - М. : Высшая школа , 1985. - 480 с.
  2. Касаткин, А. С. Электротехника: учебник для неэлектротехн. специальностей вузов / А. С. Касаткин, М. В. Немцов. - М. : Академия , 2008. - 538 с.
  
  Дополнительная литература:
  1. Сборник задач по основам электротехники: учеб. пособие для вузов по техническим специальностям / А. Н. Белянин и др.; под ред. Ю. А. Бычкова и др. - СПб. и др.: Лань, 2011. - 388 с.
  2. В. Г. Герасимова Сборник задач по электротехнике и основам электроники : Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов / Под ред. В. Г. Герасимова. - М.: Высшая школа, 1987. - 286 с.
  3. Дубовицкий, Г. П. Основы электроники: Учеб. пособие / Г. П. Дубовицкий, В. П. Кормухов, В. И. Смолин; Под ред. Г. П. Дубовицкого. — Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2002. — 85 c.
  4. Коголь, И. М. Электротехника [Электронный ресурс]: учеб. пособие к практ. занятиям / И. М. Коголь, Г. П. Дубовицкий. — Челябинск, 2009.
  

• 

  3 слайд

  Электротехника является областью науки и техники, которая занимается изучением электротехнических и магнитных явлений и их техническим использованием в практических целях.
  Интенсивное использование электрической энергии связано со следующими ее особенностями:
  - возможностью достаточно простого и экономичного преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, лучистую и т.д.);
  - возможность централизованного и экономичного получения на различных электростанциях;
  - простой передачи с помощью линий электропередачи с малыми потерями на большие расстояния к потребителям.
  
  Введение в электротехнику
  

• 

  4 слайд

  Высокая рентабельность и конкурентоспособность современных предприятий базируется на полной механизации и автоматизации производственных процессов. Решение этих задач требует создания автоматизированных систем управления на основе современной электротехнической и электронной аппаратуры и электрооборудования.
  Во всех отраслях производства с помощью электротехнической аппаратуры осуществляется управление производственными механизмами, автоматизация их работы, контроль за ведением производственного процесса, обеспечение безопасности обслуживания и т.д.
  Введение в электротехнику
  Следовательно, функции электро-технических устройств машин настолько значительны по сравнению с их механической частью, что именно они во многом определяют такие важные показатели, как производительность, качество и надежность создаваемой продукции.
  

• 

  5 слайд

  В курсе изучения дисциплины осуществляется анализ явлений, происходящих в электрических и магнитных цепях. Изучаются вопросы связанные с установившимися и переходными процессами, с расчетами цепей постоянного, переменного тока, с устройством и принципом действия трансформаторов, электромагнитных устройств, электрических машин постоянного и переменного тока, информационных электрических машин.
  Знание перечисленного материала дает возможность будущим специалистам свободно разбираться в устройстве и принципе действия разнообразной электротехнической аппаратуры, электрических машин и оборудования и грамотно использовать их в практической деятельности.
  
  Введение в электротехнику
  

• 

  6 слайд

  Основные понятия в электротехнике
  Электрический ток – направленное движение электрических зарядов.
  Различают два вида тока: постоянный и переменный.
  
  
  
  Напряжение – скалярная величина, равная линейному интегралу от напряженности электрического поля.
  

• 

  7 слайд

  Работа и мощность.
  Электротехническое устройство - совокупность взаимосвязанных электротехнических изделий, находящихся в конструктивном и функциональном единстве, предназначаемая для выполнения определенной функции
  по производству или преобразованию, передаче, распределению или потреблению электрической энергии.
  

• 

  8 слайд

  Источники
  Приемники
  Соединительные провода
  Коммутационная аппаратура
  Измерительные приборы
  Узел – место в электрической цепи (точка), где сходятся три и более ветвей.
  Ветвь – участок цепи, по которому протекает один и тот же ток.
  Контур – замкнутый путь, при прохождении которого ни одна ветвь и ни один узел не повторяются.
  Основные понятия и определения для электрической цепи
  

• 

  9 слайд

  Состав электрической цепи
  

• 

  10 слайд

  Классификация электрических цепей
  Выбор метода расчёта электрической цепи определяется топологией схемы цепи и характером входящих в неё активных (источников энергии) и пассивных элементов (приёмников энергии).
  По топологическим особенностям электрические цепи подразделяют:
  - на простые (одноконтурные; двухузловые) и сложные (многоконтурные; многоузловые; планарные (плоскостные) и объёмные);
  - двухполюсные, имеющие два внешних вывода (двухполюсники) и многополюсные, содержащие более двух внешних выводов (четырёхполюсники; многополюсники).
  По энергетическим свойствам и функциональной зависимости между напряжением и током в каждом элементе электрической цепи различают:
  - пассивные и активные цепи;
  - линейные, параметрические и нелинейные цепи. Элемент электрической цепи, параметры которого (сопротивление и др.) не зависят от тока в нем, называют линейным, например электропечь.
  Нелинейный элемент, например лампа накаливания, имеет сопротивление, величина которого увеличивается при повышении напряжения, а следовательно и тока, подводимого к лампочке.
  Следовательно, в линейной электрической цепи все элементы – линейные, а нелинейной называют электрическую цепь, содержащую хотя бы один нелинейный элемент;
  

• 

  11 слайд

  По характеру изменения ЭДС Е и тока J источников энергии электрические цепи разделяют на следующие виды:
  - цепи постоянного тока;
  - цепи синусоидального тока (в т. ч. однофазные; трёхфазные; многофазные);
  - цепи несинусоидального (периодического или непериодического) тока;
  - цепи с различным характером изменения ЭДС Е и тока J источников энергии.
  

• 

  12 слайд

  Методы расчета электрических цепей с использованием основных законов цепей постоянного тока
  Метод преобразования путем определения эквивалентного сопротивления
  Составление системы линейных алгебраических уравнений
  Метод узловых потенциалов
  Метод эквивалентного генератора
  

• 

  13 слайд

   
  Закон Ома для участка цепи
  

• 

  14 слайд

  Этот закон определяет зависимость между ЭДС Е источника питания с внутренним сопротивлением r0, током I электрической цепи и общим эквивалентным сопротивлением RЭ = r0 + R всей цепи:
  Закон Ома для всей цепи
  

• 

  15 слайд

  Сложная электрическая цепь содержит, как правило, несколько ветвей, в которые могут быть включены свои источники питания и режим ее работы не может быть описан только законом Ома. Но это можно выполнить на основании первого и второго законов Кирхгофа, являющихся следствием закона сохранения энергии.
  
  Первый закон Кирхгофа
  В любом узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю
  
  
  
  где m – число ветвей подключенных к узлу.
  
  
  Правило: При записи уравнений по первому закону Кирхгофа токи, направленные к узлу, берут со знаком «плюс», а токи, направленные от узла – со знаком «минус».
  

• 

  16 слайд

  Второй закон Кирхгофа
  В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках
  
  
  
  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.
  

• 

  17 слайд

  Правило: При записи уравнений по второму закону Кирхгофа необходимо:
  1) задать условные положительные направления ЭДС, токов и напряжений;
  2) выбрать направление обхода контура, для которого записывается уравнение;
  3) 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.
  

• 

  18 слайд

  В действующей цепи электрическая энергия источника питания преобразуется в другие виды энергии. На участке цепи с сопротивлением R в течение времени t при токе I расходуется электрическая энергия
  А = I2Rt.
  Скорость преобразования электрической энергии в другие виды представляет электрическую мощность
  

• 

  19 слайд

  Из закона сохранения энергии следует, что мощность источников питания в любой момент времени равна сумме мощностей, расходуемой на всех участках цепи.
  
  
  
  Это соотношение называют уравнением баланса мощностей.
  Правило: 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 уравнение баланса мощностей со знаком плюс. Если не совпадают, то источник ЭДС работает в режиме потребителя электрической энергии, и произведение E*I подставляют в уравнение со знаком минус.
  

• 

  20 слайд

  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, где R = Rэкв, а расчет токов и напряжений производится с помощью законов Ома и Кирхгофа.
  Способы соединения потребителей
  в электрической цепи
  

• 

  21 слайд

  Электрическая цепь с последовательным
  соединением элементов
  

• 

  22 слайд

  Последовательным называют такое соединение элементов цепи, при котором во всех включенных в цепь элементах возникает один и тот же ток I.
  На основании второго закона Кирхгофа общее напряжение U всей цепи равно сумме напряжений на отдельных участках замкнутого контура:
  U = U1 + U2 + U3 +…+ Um
  IRэкв = IR1 + IR2 + IR3 +…+ IRm,
  откуда следует
  Rэкв = R1 + R2 + R3 +…+ Rm.
  Таким образом, 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.
  
  Недостаток последовательного включения элементов заключается в том, что при выходе из строя хотя бы одного элемента, прекращается работа всех остальных элементов цепи.
  

• 

  23 слайд

  Параллельным называют такое соединение, при котором все включенные в цепь потребители электрической энергии, находятся под одним и тем же напряжением.
  Параллельное соединение элементов электрической цепи
  

• 

  24 слайд

  На основании первого закона Кирхгофа можно записать, что ток I, втекающий в узел, равен алгебраической сумме токов отдельных ветвей:
  I = I1 + I2 +…+ I3, т.е
  
  
  откуда следует, что
  
  
  В том случае, когда параллельно включены два сопротивления R1 и R2, они заменяются одним эквивалентным сопротивлением.
  Из соотношения, следует, что эквивалентная проводимость цепи равна арифметической сумме проводимостей отдельных ветвей: gэкв = g1 + g2 + g3.
  

• 

  25 слайд

  Электрическая цепь со смешанным соединением элементов
  

• 

  26 слайд

  При подключении к источнику питания различного количества потребителей или изменения их параметров будут изменяться величины напряжений, токов и мощностей в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов.
  Реальная электрическая цепь может быть представлена в виде активного и пассивного двухполюсников.
  Режимы работы электрической цепи
  

• 

  27 слайд

  Режимы работы электрической цепи
  Номинальный
  Согласованный
  Режим холостого хода
  Режим короткого замыкания
  

• 

  28 слайд

• 

  29 слайд

  Номинальный режим
  

• 

  30 слайд

  Режим холостого хода
  

• 

  31 слайд

  Режим короткого замыкания
  

• 

  32 слайд

  Возможные причины короткого замыкания в электрических установках