Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Раздел 1. Теоретические основы

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Краевое государственное бюджетное

Профессиональное образовательное учреждение

«Алтайский государственный колледж»

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Методические указания и контрольные задания

для студентов – заочников средних профессиональных учебных заведений

по специальности 44.02.06 «Пр офессиональное обучение»

со специализацией «Техническая эксплуатация и обслуживание

Электрического и электромеханического оборудования»

Барнаул 2014

Обсуждено на заседании ЦМК Утверждено на заседании

профессиональных дисциплин методического совета

«___»_______________201__г. «___»___________201__г.

Председатель ЦМК ______________________

___________ Просекова Ю.Н.

Переработала и составила: Е.С. ЛОКТЕВА, преподаватель

электротехнических дисциплин КГБПОУАГК

Рецензент:

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Цель предмета «Электротехника» — изучение физических свойств электрического и магнитного полей, физических процессов в электрических цепях постоянного тока, однофазного и трехфазного переменного тока, методов расчета электрических и магнитных цепей. «Электротехника» — база для всех электротехнических дисциплин, изучаемых по специальности 050501 «Профессиональное обучение» со специализацией «Техническая эксплуатация, обслуживание электрического и электромеханического оборудования». На основе законов и положений теоретической электротехники решаются многие инженерные задачи, и осуществляется проектирование различных электротехнических устройств и установок. При изложении материала предмета следует применять Международную систему единиц СИ, терминологию по действующим ГОСТам, буквенные обозначения и правила выполнения электрических схем в соответствии со стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Предмет «Электротехника» изучается на III курсе. Учебный материал разделен на два учебных задания, по ним выполняется две контрольные работы.

ТАБЛИЦА

распределения заданий по вариантам для 1-й и 2-й контрольных работ

№ варианта	Номер задания	№ варианта	Номер задания	№ варианта	Номер задания
	3,20,24,32		2,15,24,37		3,15,22,38
	10,11,22,33		1,16,23,38		2,16,24,37
	9,12,21,34		10,17,22,39		1,17,23,37
	8,13,30,35		9,18,21,40		9,13,27,40
	7,14,29,36		7,12,29,34		10,12,30,34
	6,15,28,37		6,13,28,35		8,19,25,31
	5,16,27,38		5,14,27,36		7,11,29,33
	4,17,26,39		4,15,26,37		6,14,28,36
	1,18,25,40		3,16,2538		5,18,26,35
	2,19,23,31		2,17,24,39		7,19,30,36
	10,13,26,35		1,18,23,40		5,11,24,32
	9,14,23,36		10,19,22,31		1,15,29,37
	8,15,24,37		9,20,21,32		10,14,22,34
	7,16,23,38		8,11,30,33		9,17,21,35
	6,17,22,39		8,19,29,35		8,20,23,33
	5,18,25,40		6,18,27,33		6,18,26,40
	4,19,30,31		5,19,28,31		2,12,27,39
	3,20,29,32		4,20,26,32		3,16,25,38
	2,11,28,33		3,12,25,39		4,13,28,31
	1,12,27,34		2,11,24,36		8,19,30,31
	9,16,21,38		1,13,23,35		5,17,27,32
	8,17,30,39		10,14,22,36		3,15,22,38
	7,18,29,40		9,15,21,37		2,12,23,39
	6,19,28,31		8,16,30,38		9,14,21,36
	5,20,27,32		7,17,29,34		10,16,28,37
	4,11,26,33		8,14,21,37		7,13,29,35
	3,12,25,34		5,20,26,38		6,18,25,34
	2,13,24,35		3,17,25,39		4,11,26,33
	1,14,23,36		2,18,24,40
	10,15,22,37		1,19,23,31
	8,19,30,31		7,15,28,32
	7,20,29,32		9,11,29,33
	6,11,28,33		10,12,30,34
	5,12,27,34		4,13,22,35
	4,13,26,35		6,16,27,36
	3,14,25,36		4,20,21,39

Изучая «Электротехнику», необходимо проработать материал каждой темы по рекомендуемой литературе, разобрать решенные задачи в учебнике, в настоящих учебных заданиях и в задачнике, решить самостоятельно несколько задач, ответить на вопросы самопроверки. Весь изученный материал необходимо конспектировать. На протяжении учебного года учащийся может обращаться за консультациями к преподавателю колледжа. После изучения материала одного учебного задания следует выполнить контрольную работу. Решать задачи рекомендуется в следующей последовательности:

записать условие задачи, начертить схему в соответствие с условием;

после разбора условия и схемы наметить пути решения задачи;

поясняя назначение вычисления, записать необходимую формулу, подставить в нее числовые значения величин и произвести вычисления при помощи микрокалькулятора, указав размерность определяемой величины.

В результате изучения предмета учащиеся должны знать: основные величины, характеризующие электрическое и магнитное поля, и соотношения между этими величинами; физические процессы, происходящие в линейных и нелинейных электрических и магнитных цепях постоянного и переменного токов. Учащиеся должны уметь: рассчитывать простейшие электрические и магнитные поля; рассчитывать линейные и нелинейные электрические и магнитные поля; рассчитывать линейные и нелинейные электрические и магнитные цепи.I

Вариант контрольных работ определяется двумя последними цифрами шифра учащегося. Например, шифр учащегося 1510. Две последние цифры 10 определяют номер варианта. В таблице распределения заданий по вариантам учащийся находит номера задач по всем контрольным работам. Для варианта 10 номера задач 10, 13, 26, 35.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

Л-1. Попов В. С. Теоретическая электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

Л-2. Батарин С.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Академия, 2004.

Л-3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники - М.: Высшая школа, 1996.

Л-4. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники - М.: Высшая школа, 2008.

Л-5. Новиков Н.П., Кауфман В.Я., Толчеев О.В. и др. Задачник по электротехнике. – Учебное пособие.- М.: Мастерство, 2001.

Дополнительная

Л-6. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Высшая школа, 2000.

Л-7. Коровкин Н.В., Селина Е.Е., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники: Сборник задач. - CПб.: Питер,2004.

Л-8.. Попов В. П. Основы теории цепей. - М.: Высшая школа,2000.

УЧЕБНОЕ ЗАДАНИЕ 1

Введение

Программа

Электрическая энергия, ее свойства и применение. Понятие о производстве и распределении электрической энергии. Содержание предмета, его значение в подготовке техника-электрика, связь с другими предметами учебного плана.

Раздел 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Тема 1.1. Электрическое поле и электрическая емкость

Программа

Электрическое поле и его основные характеристики. Основные величины и соотношения, характеризующие, электростатическое поле. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость. Напряженность электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса.

Однородное электрическое поле. Работа сил электрического поля. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Напряжение и потенциал. Электрическое смещение. Энергия электростатического поля.

Поле и емкость плоского и цилиндрического конденсаторов. Поле и емкость двухпроводной линии. Цепи с конденсаторами и их расчет. Понятие об электрическом пробое и электрической прочности диэлектрика. Применение многослойной изоляции.

Методические указания

Электрическое и магнитное поля являются одной из сторон электромагнитного поля, которое обладает Свойством силового воздействия на заряженные частицы и на проводники с токами. При изучении этой темы необходимо обратить внимание на физическую сущность, единицы измерения и взаимосвязь следующих величин:

Р — сила взаимодействия между зарядами, Н;

Е — напряженность электрического поля, В/м.;

N — поток вектора напряженности электрического поли, В м;

ε_а — абсолютная диэлектрическая проницаемость вещества, Ф./м.

Полученные знания используются при изучении аналогичных величин в теме 1.3.

Запомните, что для увеличения приложенного напряжения конденсаторы включаются в батарею последовательно, а для увеличения емкости параллельно.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется электрическим полем, электрическим зарядом?

2. Напишите формулу закона Кулона и объясните величины, входящие в нее.

3. Что такое напряженность электрического поля, и в каких единицах она измеряется? Как изображается графически электрическое поле?

4. Какое электрическое поле называется равномерным?

5.Что называется потоком вектора напряженности электрического поля? Теорема Остроградского—Гаусса.

6. Что называется электрическим потенциалом и электрическим напряжением? В каких единицах они измеряются?

7. Что называется абсолютной и относительной диэлектрической проницаемостью?

8. В чем заключается физическое явление поляризации диэлектрика? От чего зависит пробивная напряженность?

9. Почему в переменном электрическом поле диэлектрик заметно нагревается?

10. В чем физический смысл понятия электрического смещения?

11. Что такое электрическая прочность диэлектрика?

12. Что называется электрической емкостью? Электрическим конденсатором?

13. Как вычисляется емкость плоского конденсатора?

14. Какими свойствами обладает цепь последовательно соединенных конденсаторов?

15. Какими свойствами обладает цепь параллельно соединенных конденсаторов?

16. Как определяется напряженность поля в каждом слое двухслойного конденсатора?

17. Как определяется энергия электрического поля отдельного конденсатора и батареи конденсаторов?

Тема 1.2 Линейные электрические цепи постоянного тока

Программа

Физические процессы в электрических цепях. Электрический ток проводимости. Направление и плотность электрического тока.

Закон Ома. Электрическое сопротивление. Удельное электрическое сопротивление и удельная проводимость. Понятие о сверхпроводимости.

Электрическая цепь и ее основные элементы. Получение электрической энергии из других видов энергии. Электродвижущая сила (ЭДС).

Краткие сведения об источниках электрической энергии. Мощность и КПД источника электрической энергии. Преобразование электрической энергии в другие виды энергии. Мощность приемника электрической энергии. Закон Джоуля - Ленца. Краткие сведения об элементах управления, контроля и защиты в электрических цепях. Баланс мощностей. Понятие о режимах электрической цепи и ее элементов: номинальный, холостого хода и короткого замыкания.

Схемы электрических цепей: принципиальная и расчетная (схема замещения). Понятие об активных и пассивных элементах электрических цепей. Схемы замещения источников и приемников электрической энергии.

Неразветвленная электрическая цепь. Последовательное соединение резисторов. Последовательное соединение источников ЭДС. Потенциальная диаграмма.

Разветвленная электрическая цепь. Элементы разветвленной электрической цепи: ветвь, узел, контур. Первый и второй законы Кирхгофа. Применение законов Кирхгофа для расчета разветвленной электрической цепи.

Расчет разветвленных электрических цепей путем преобразования их схем. Параллельное соединение резисторов. Смешанное соединение резисторов. Преобразование треугольника резисторов в эквивалентную звезду и трёхлучевой звезды в эквивалентный треугольник. Параллельное соединение источников электрической энергии.

Расчет электрических цепей методом двух узлов (узлового напряжения).

Принцип наложения и его применение для расчета электрических цепей.

Понятие об активном и пассивном двухполюсниках. Метод эквивалентного генератора.

Понятие о четырехполюсниках. Основные уравнения и коэффициенты четырех-полюсника. Эквивалентные Т- и П-образные схемы четырехполюсника.

Методические указания

В этой теме изучаются основные законы электротехники — закон Ома, закон Джоуля-Ленца, которые имеют связь с остальными предметами электротехнического цикла. Необходимо помнить, что с ростом температуры сопротивление элементов изменяется: сопротивление металлических проводников увеличивается, сопротивление угольных проводников, электролитов и полупроводников уменьшается, а сопротивление сплавов с большим удельным сопротивлением остается примерно постоянным. Это используется в практической электротехнике. Например, из манганина делают шунты и добавочные сопротивления для расширения пределов измерения электроизмерительных приборов.

Пассивные цепи с последовательным, параллельным и смешанным соединением сопротивлений относятся к простым электрическим цепям. Расчет этих цепей чаще всего сводится к расчету токов в ветвях и напряжений на отдельных участках эквивалентных схем. При одном источнике электрической энергии в схеме, если его ЭДС и сопротивления всех ветвей заданы, прежде всего, определяется эквивалентное сопротивление цепи. После вычисления тока в эквивалентной схеме переходят к распределению его, но отдельным ветвям и определению напряжения на участках схемы.

При этом основными расчетными уравнениями являются закон Ома и первый закон Кирхгофа. Разветвленные электрические цепи, имеющие несколько контуров с произвольным размещением потребителей и источников питания, относятся к сложным цепям. Все методы расчета сложных электрических цепей основаны на применении двух законов Кирхгофа.

Метод контурных токов, основанный на применении второго закона Кирхгофа, требует составления меньшего числа расчетных уравнений и поэтому сокращает расчеты цепей.

В случае, когда цепь содержит два узла или легко может быть преобразована в подобную схему, наиболее простым методом расчета является метод узлового напряжения. Рекомендуется узловое напряжение вычислять с точностью на два порядка больше, чем требуется для вычисления величин токов. Необходимо обратить особое внимание на метод узлового напряжения, так как он используется в расчетах трехфазных электрических цепей при соединении источников и приемников энергии звездой.

Для расчета сложных электрических цепей, в которых одновременно действуют несколько ЭДС, кроме вышеуказанных методов, применяется метод наложения. Этот метод рекомендуется применять при небольшом числе источников ЭДС.

Часто целесообразно путем последовательных преобразований заменить существующую цепь иной, которая ей эквивалентна. Для этого применяется метод преобразования треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду или наоборот.

Метод эквивалентного генератора применяется в тех случаях, когда требуется рассчитать ток только в одной ветви сложной цепи. Методика расчета цепи зависит от вида ее электрической схемы, с составления которой следует начинать решение задачи.

С целью проверки правильности расчетов составляется баланс мощностей. Согласно закону сохранения энергии мощность, отдаваемая источниками, равна сумме мощностей потребителей энергии и потерь мощности внутри источников.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется электрическим током и плотностью тока? В каких единицах они измеряются?

2. В чем сущность закона Ома?

3. Что такое электрическое сопротивление проводника и проводимость? В каких единицах они измеряются?

4. Что называется удельным сопротивлением и удельной проводимостью? Их единицы измерения.

5. Как определить сопротивление проводника, если известны его длина, материал и сечение?

6. Что называется электрической цепью, и из каких элементов она состоит?

7. Что называется, электродвижущей силой источника электрической энергии и чем она отличается от напряжения по физическому смыслу?

8. Какие бывают источники электрической энергии? Объясните устройство и принцип действия гальванического элемента и аккумулятора.

9. Что такое энергия и мощность источника и приемника электрической энергии, и в каких единицах они измеряются?

10. Как читается закон Джоуля-Ленца?

11. Что называется номинальным током провода? Какие существуют способы защиты проводов от перегрузки?

12. Закон Ома для электрической цепи с одним источником.

13. Какой режим работы цепи называется режимом короткого замыкания? Режимом холостого хода?

14. По каким признакам делят электрические цепи на простые и сложные?

15. Что называется ветвью, узлом, контуром электрической цепи?

16. Как формулируется первый и второй законы Кирхгофа?

17. Как определяется напряжение на зажимах источника, работающего в режиме генератора?

18. Как определяется напряжение на зажимах источника, работающего в режиме потребителя?

19. Начертите схемы последовательного и параллельного соединения сопротивлений. Назовите основные признаки последовательного и параллельного соединений.

20. Каков порядок построения потенциальной диаграммы?

21. Объясните принцип расчета сложных цепей:

а) методом узловых и контурных уравнении;

б) методом узлового напряжения;

в) методом, эквивалентных сопротивлений («свертывания» цепи);

г) методом преобразования;

д) методом эквивалентного генератора.

22. Что называется четырехполюсником, и какие задачи решаются с применением теории четырехполюсника?

Тема 1.3. Магнитное поле и электромагнитная индукция

Программа

Магнитное поле постоянного тока. Магнитная индукция и напряженность магнитного поля, магнитная проницаемость, магнитный поток. Закон полного тока. Закон Био-Савара. Магнитное поле провода с током, магнитное поле катушки.

Работа при перемещении в магнитном поле контура с током. Потокосцепление. Индуктивность. Индуктивность катушек. Индуктивность двухпроводной линии.

Взаимное потокосцепление и взаимная индуктивность. Магнитное рассеяние. Понятие о коэффициенте связи.

Магнитное поле в ферромагнитной среде. Магнитные свойства вещества. Циклическое перемагничивание ферромагнитных материалов, магнитный гистерезис. Энергия магнитного поля.

Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. ЭДС, индуктируемая в контуре при изменении его потокосцепления. ЭДС, индуктируемая в проводе, движущемся в магнитном поле. Принцип действия электромашинного генератора и электродвигателя постоянного тока. ЭДС самоиндукции и взаимной индукции. Принцип действия трансформатора. Вихревые токи, случаи их использования. Потери от вихревых токов и способы их уменьшения.

Методические указания

Тема 1.3. имеет связь с темой 1.1. Три основные свойства магнитного поля: способность намагничивать некоторые тела, то есть придавать им свойства постоянных магнитов; способность перемещать проводники с током; способность возбуждать электродвижущую силу в проводниках, которые пересекают магнитное поле. Эти свойства широко используются в практической электротехнике: в электрических двигателях и электрических генераторах, электроизмерительных приборах и аппаратах, силовых и специальных трансформаторах. Надо помнить, что электрическое и магнитное поля являются двумя неразрывно связанными формами материи и что ни одно из них не может существовать без другого.

Обратите внимание на то, что сила действия на проводник с током, помещенный в магнитное поле, пропорциональна магнитной индукции. Это явление используется в электроизмерительных приборах, электрических двигателях и других устройствах. Поэтому надо знать, каким образом можно увеличить магнитную индукцию. Согласно закону Био-Савара магнитная индукция пропорциональна току в проводнике и абсолютной проницаемости среды µа.:

µа = µ µ₀

где µ— относительная магнитная проницаемость среды;

µ₀ — магнитная постоянная.

Для диамагнитных веществ µ < 1, например, для меди µ = 0,999995. Для магнитных веществ µ > 1, например, для воздуха µ = 1,0000031. Для практических расчетов магнитная проницаемость диамагнитных и парамагнитных веществ принимается равной единице. Особую группу составляют ферромагнитные материалы, играющие исключительно важную роль в практической электротехнике. Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов достигает значений сотен тысяч. Так как любая электрическая машина или аппарат представляют собой электромагнит, то сердечники всех машин и аппаратов выполняются из ферромагнитных материалов.

Работа всех электрических машин и трансформаторов основана на использовании закона электромагнитной индукции. Индуктированная ЭДС может возникнуть лишь в том случае, если проводник находится в изменяющемся магнитном поле независимо от причины возникновения его.

Обратите внимание на закон Ленца об определении направления индуктированного тока, который дает возможность понять физическую сущность ряда довольно сложных явлений (направление ЭДС самоиндукции, вихревых токов и др.). Возникающая в цепи ЭДС самоиндукции всегда вызывает уменьшение скорости изменения тока, что равносильно внесению в цепь какого-то дополнительного сопротивления.

Помните, что индуктивностью обладает любой проводник. Понятия индуктивности для прямого проводника и катушки одинаковы, и разница между ними лишь количественная. При одинаковой длине прямого провода и катушки индуктивность последней всегда будет больше.

Вихревые токи могут полезно использоваться (высокочастотная закалка металла, сушка древесины и т. д.), но в электрических машинах они, как правило, вызывают дополнительные потери, которые иногда достигают значительной величины. Поэтому принимают меры для уменьшения потерь (расслоение сердечников, применение специального сорта стали для сердечников). Нарушение изоляции между отдельными слоями сердечников вызывает резкое возрастание потерь на вихревые токи.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое магнитное поле? Каковы его основные свойства?

2. Что называется магнитной индукцией? В каких единицах она измеряется? Закон Био-Савара.

3. Как графически изображают магнитное поле? Направление вектора магнитной индукции.

4. Как рассчитывают магнитное поле кольцевой и цилиндрической катушек?

5. Какова формула для определения электромагнитной силы, действующей на проводник с током в магнитном поле? Правило левой руки.

6. Что такое магнитный поток и потокосцепление? В каких единицах они измеряются?

7. Чему равна работа электромагнитных сил при перемещении в магнитном поле контура с током?

8. Что называется магнитной проницаемостью?

9. Что такое циркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру?

10. Что называется полным током сквозь поверхность, ограниченную замкнутым контуром?

11. Какая формула связывает циркуляцию вектора напряженности магнитного поля с полным током?

12. Как происходит процесс намагничивания тела? Начертите кривую намагничивания.

13. Начертите петлю гистерезиса, объясните характерные точки на ней.

14. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

15. Как определить направление ЭДС электромагнитной индукции, наводимой в прямолинейном проводнике? Сформулируйте закон Ленца.

16. Объясните принцип преобразования механической энергии в электрическую и обратно.

17. Что называется ЭДС самоиндукции? Как определяется ее направление?

18. Что называется ЭДС взаимоиндукции? Как определяется ее направление? 19. Причины возникновения вихревых токов, их свойства, применение и способы уменьшения.

Тема 1.4. Линейные электрические цепи синусоидального тока

Программа

Основные сведения о синусоидальном токе. Уравнение синусоидального тока. Мгновенное и амплитудное значения. Период, частота, фаза, начальная фаза, угловая частота. Устройство электромашинного генератора синусоидального тока, Зависимость частоты синусоидальной ЭДС от частоты вращения ротора и числа пар полюсов.

Действующее и среднее значения синусоидального тока. Графические способы выражения синусоидальных величин: волновые и векторные диаграммы.

Элементы цепей синусоидального тока: резисторы, индуктивные катушки, конденсаторы. Параметры электрических цепей: активное сопротивление, индуктивность, емкость.

Цепь синусоидального тока с резистором. Активное сопротивление резистора. Ток и мгновенная мощность при синусоидальном напряжении. Активная мощность. Векторная диаграмма.

Цепь с индуктивной катушкой. ЭДС самоиндукции и напряжение при синусоидальном токе. Индуктивное сопротивление. Мгновенная и реактивная мощности. Векторная диаграмма.

Цепь с конденсатором. Заряд и ток при синусоидальном напряжении. Емкостное сопротивление. Мгновенная и реактивная мощности. Векторная диаграмма.

Расчет неразветвленных цепей синусоидального тока. Цепь с резистором и индуктивной катушкой. Цепь с резистором и конденсатором. Цепь с резистором, индуктивной катушкой и конденсатором при различных соотношениях реактивных сопротивлений. Векторные диаграммы, треугольники напряжений и сопротивлений. Активная, реактивная и полная мощности. Треугольник мощностей.

Методические указания

Изучая эту тему, обратите внимание на особенности переменного тока. Приобретите навыки графического изображения синусоидальных величин при помощи волновых и векторных диаграмм, сложения и вычитания векторов. В теории электротехники положительное направление вращения векторов принято против часовой стрелки. Поэтому на векторной диаграмме (рисунок 1) угол, образованный вектором Е и положительной осью x, считается положительным. Мгновенное значение ЭДС: .

Рисунок 1

Угол, образованный вектором Е2 положительной осью x, считается отрицательным.

Мгновенное значение ЭДС:

При изучении темы необходимо помнить, что электрическая цепь переменного тока характеризуется тремя параметрами: активным сопротивлением r, емкостью С и индуктивностью L. Лампы накаливания, бытовые нагревательные приборы и реостаты обладают активным сопротивлением. Цепь ненагруженного трансформатора можно рассматривать как индуктивность L, а кабельную линию без нагрузки — как емкость С. Необходимо изучить идеальные цепи с активным сопротивлением r, индуктивностью L и ёмкостью С. Эти знания нужны при изучении реальных электрических цепей переменного тока. Запомните, что в цепи с активным сопротивлением напряжение и ток совпадают по фазе:

а векторы напряжения и тока совпадают по направлению (рисунок 2)

Рисунок 2

В цепи с индуктивностью напряжение опережает ток по фазе на 90°:

и векторы напряжения и тока составляют угол 90°:

Рисунок 3

В цепи с емкостью ток опережает напряжение на 90°:

и векторы тока и напряжения составляют угол 90°:

Рисунок 4

Схема замещения реальной катушки представляет собой последовательное соединение активного сопротивления катушки и индуктивности (рисунок 5):

Рисунок 5

Необходимо отметить, что рассматриваемая цепь (r и L) в большинстве случаев представляет собой катушку какой-либо электрическом машины, аппарата или прибора.

При изучении неразветвленной электрической цепи надо исходить из положения последовательного соединения сопротивлений. При этом один и тот же ток проходит по всем элементам электрической цепи, а напряжение распределяется на активных и реактивных сопротивлениях.

Рисунок 6

Например, для электрической цепи (рисунок 6) мгновенные значения тока и напряжений запишутся:

, ,

Для неразветвленной электрической цепи можно построить треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей. Векторные диаграммы строятся в масштабе. Последовательность построения векторной диаграммы для цепи рисунка 6 следующая:

1) вектор тока I откладываем по горизонтальной оси;

2) вектор активного падения напряжения совпадает по фазе с током, поэтому в выбранном масштабе откладываем вектор напряжения , совпадающим с вектором тока ;

3) вектор индуктивного падения напряжения , () опережает на 90° вектор тока , поэтому из конца вектора напряжения откладываем в сторону опережения на 90° вектор напряжения ;

4) вектор емкостного падения напряжения ()отстает на 90° от. вектора тока , поэтому из конца вектора в сторону отставания на 90° откладываем вектор напряжения ;

5) вектор, соединяющий начало вектора активного падения напряжения с концом вектора напряжения , дает в том же масштабе вектор приложенного к цепи напряжения .

При наличии в электрической цепи большего количества последовательно соединенных элементов построение векторной диаграммы производится аналогично (рисунок 7).

Рисунок 7

Вопросы для самоконтроля

1. Какой ток называется переменным? Уравнение синусоидального тока в общем виде.

2. Что называется периодом, частотой, амплитудой и начальной фазой переменного тока?

3. Какая зависимость существует между скоростью вращения якоря генератора, числом пар полюсов и частотой?

4. Как определяется сдвиг фаз между переменными токами?

5. Что такое среднее и действующее значения переменного тока?

6. Чему равен коэффициент формы кривой для синусоидального тока?

7. Каковы правила изображения синусоидальных величин?

8. Каков принцип получения переменной ЭДС?

9. Что представляет собой активное, индуктивное и емкостное сопротивления в цепях переменного тока?

10. От каких величин зависит реактивное сопротивление индуктивности и емкости?

11. Что называется активной и реактивной мощностями, и в каких единицах они измеряются?

12. Какими свойствами обладают электрические цепи переменного тока: а) с активным сопротивлением; б) с индуктивностью; в) с емкостью?

13. Как построить векторную диаграмму цепи переменного тока, обладающей только активным сопротивлением, только индуктивностью, только емкостью?

14. Как построить векторную диаграмму для цепи переменного тока, обладающей активным сопротивлением и индуктивностью, активным сопротивлением и емкостью?

15. В чем сущность явления поверхностного эффекта? Его практическое значение.

16. Как сформулировать закон Ома и построить векторную диаграмму для последовательной цепи переменного тока, обладающей активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью?

12 3 4 5 Следующая ⇒