Садыбекова Г.Г., Джабагина З.К. Учебно-методический комплекс по Электротехнике и электронике - файл n1.doc

Садыбекова Г.Г., Джабагина З.К. Учебно-методический комплекс по Электротехнике и электронике
скачать (6182.7 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc7627kb.07.11.2009 23:46скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5
КАЗАХСКАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ им. М. ТЫНЫШПАЕВА



Министерство образования и науки Республики Казахстан
Казахская академия транспорта и коммуникаций

им. М. Тьшышпаева
Факультет «Транспортная техника»
Кафедра «Электроэнергетика»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКЕ

для специальностей 050713, Транспорт, транспортная техника и технологи
Алматы 2005


Составители: СадыбековаГ.Г., Джабагина З.К.
Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры «Электроэнергети­ка».

Протокол № ______ от «__ _» ____________ 2005 г.




Зав. кафедрой

М.С. Жармагамбетова

Учебно-методический комплекс одобрен методическим бюро факультета «Транс­портная техника».


Протокол № от « » ___________ 2005г.




Председатель МБ факультета


Баубеков Е.Е.
Курс рассчитан для студентов второго курса в объеме двух кредитов.

Целью преподавания дисциплины является обучение студентов основам электротехники и электроники, необходимых при изучении специальных дисциплин и для практической деятельности по профессии. Дисциплина включает в себя следующие разделы: линейные электрические цепи постоянного, переменного и трехфазного тока, электрические машины, электрические измерения и электроника.

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ -СИЛЛАБУС

1.1. Данные о преподавателях

Садыбекова Гульнар Габбасовна, старший преподаватель.

1.2. Данные о дисциплине:

Электротехника и электроника.

Количество кредитов — 2.



Место проведения - по расписанию.
Выписка из учебного плана

1.3. Пререквизиты: Курс «Электротехника и электроника» базируется на дисципли­нах «Высшая математика» и «Физика».

Основными разделами курса высшей математики, на которые опирается курс «Элек­тротехника и электроника», являются элементы линейной и векторной алгебры, осн^ -вы дифференциального и интегрального исчисления, теория функций комплексного переменного.

Основными разделами курса «Физика», на которые опирается курс «Электротехника и электроника», являются электричество и магнетизм, физика твердого тела.

1.4. Постреквизиты: перечень дисциплин, в которых используются знания изучае­мой дисциплины: « «Электронная техника и преобразователи», «Электрические ма­шины», «Электрические передачи мощности тепловозов», «Электрическое и элек­тронное оборудование автомобилей».

1.5. Краткое описание:

1.5.1. Цель преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины является обучение студентов основам элек­тротехники и электроники, необходимых при изучении специальных дисциплин и для практической деятельности по профессии.

1.5.2. Задачи изучения дисциплины
Изучив дисциплину, студент должен:

знать

Расчёт линейной электрической цепи однофазного синусоидального тока симво­лическим методом.

Цель - приобретение практических навыков по расчету электрических цепей пере­менного тока.

Задание к выполнению РГР «Расчёт линейной электрической цепи однофазного си­нусоидального тока символическим методом» Для электрической цепи (рисунок 2) необходимо:

  1. Найти действующие значения напряжения и токов на всех участках цепи.

  2. Построить топографическую векторную диаграмму.

  3. Определить активную, реактивную и полную мощности для каждого участка и
    всей цепи.

  4. Составить баланс мощностей.

Параметры схемы для каждого варианта даны в таблице 2. Таблица 2



ПРИМЕЧАНИЕ: Из таблицы 2 записываются данные только тех параметров, кото­рые обозначены на выбранной схеме (рисунок 2)







Тема, продолжительность выполнения, форма контроля, сроки сдачи указаны в таб­лице 3.



1.7. Список литературы

Основная литература

I. Электротехника. Касаткин. М.: Высшая школа. 1983 .410 с.

2 .Касаткин А.С. Немцов М.В. Электротехника. М.: Высшая школа. 2000.541 с.(библ.КУПС)

  1. Электротехника. Немцов М.В., 2004 г

  2. Фремке А.В. Электрические измерения. Ленинград: Энергия Л 980.392 с.
    5.Алиев Т.М., Хачатуров А.А.Измерительная техника. М: Высшая школа. 1991.

6 Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники. Учебное пособие. / Ю.Г. Синдеев. Ростов-на-Дону. Феникс.2004. 379 с,

  1. И.П. Жеребцов. Основы электроники. М.: Энергоиздат. 1989.352 с.

  2. Ф. Либерман. Электроника на железной дороге. М .: Транспорт. 1987 . 288 с.




  1. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. М.: Высшая шко­
    ла. 1987.

  2. Кангожин Б.Р., Джабагина З.К., Садыбекова Г.Г. Лабораторный практикум по
    электротехнике. Алматы. Каз. АТК.

I1. Кангожин Б.Р., Джабагина З.К., Садыбекова Г.Г. Лабораторный практикум по
электрическим измерениям. Алматы. Каз. АТК. 1999.

  1. Дё Б.С, Джабагина З.К., Садыбекова Г.Г. Учебно-методическое указание к вы­
    полнению расчетно-графической работы «Расчет линейной электрической цепи по­
    стоянного тока», Алматы. 1997.

  2. Дё Б.С., Джабагина З.К., Садыбекова Г.Г. Учебно-методическое указание к вы­
    полнению расчетно-графической работы «Расчет линейной электрической цепи од­
    нофазного синусоидального тока комплексным методом». Алматы.1997.

Дополнительная литература

  1. Частоедов Л.А. Электротехника. 2004. 464 с.

  2. Гуркин А.Н. Электротехника. 2002. 55 с.

  3. Алиев И.Н. Справочник по электротехнике и электрооборудованию.3-е изд., иепр.
    М.: Высшая школа. 2002. 255 с.

  4. Частоедов Л.А. Электротехника. Учебное пособие. Л.А. Частоедов. 4-е изд., пере-
    раб. и доп. М: УМК МИС России. 2004. 463 с.

  5. Электротехника и электроника. Учебник. Под ред. д.т.н., проф. Б.И. Петренко.М.:
    Изд. центр «Академия». 2003. 320 с.

  6. Пантюшин B.C. Электротехника. М: Высшая школа. 1976. 560 с.

  7. Сборник задач по общей электротехнике. А.Ф. Симонов. М.: Высшая школа. 1972.
    400 с.

  8. Электротехника. Борисов Ю.М. идр. М.: Энергоатомиздат. 1985. 552 с.

  9. Электротехника и основы электроники. Е.С. Траубе. М.: Высшая школа. 1983. 160
    с.

  10. Общая электротехника. А.Т. Блажкин. М.: Энергоатомиздат. 1979. 500 с,

  11. Электротехника. Ломоносов В.Ю. и др. М: Энергоатомиздат. 1990. 400 с.

  12. В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. Электроника. М: Высшая школа. 1982. 495 с.

  13. Электронные приборы. В.А. Батушев. М.: Высшая школа. 1980. 383 с.

  14. Мелешкина Л.П. Руководство к лабораторным работам по основам промышлен­
    ной электроники. М.: Высшая школа, 1977. 256 с.

  15. Электронные приборы. В.Г. Дулин. М: Энергия. 1977 .424 с.

  1. Сборник вопросов по курсу «Электрические приборы». Ю.Д. Денискин. М: Энер­
    гия. 1980.280 с.

  2. Физические основы электронной техники. В.Д. Соболев. М.: Высшая школа.
    1979.448 с.

  3. Фотоэлектронные приборы. В.Д. Соболев, А.Е. Меламиз. М: Высшая школа.
    1974.376 с.

  4. Физические основы электронной техники. С.А. Фридрихов, СМ. Мовин. М:
    Высшая школа. 1982. 608 с.

  5. Мэнлл М. 200 избранных схем электроники. М.: Мир. 1980.344 с.

  6. Пихтин А.Н. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. М.:
    Высшая школа. 1983. 304 с.

  7. Виноградов Ю.В. Электронные приборы. М.: Связь. 1977. 288 с.

  8. Денискин Ю.Д. и др. Электронные приборы. М.: Энергия. 1980. 280 с.

  9. Основы применения электрических приборов. М.: Высшая школа. 1975. 376 с.

  10. Мосягин Г.М. и др. Теория оптико-электрических систем. М.: Машиностроение.
    1990 431с.

  11. Пасынков В.В., Сорокин B.C. Материалы электрической техники. М.: Высшая
    школа. 1986. 365 с

  12. Пасынков В.В. и др. Полупроводниковые приборы. М.: Высшая школа. 1981. 431
    с,

  13. Вишневский А.И. и др. Силовые ионные и полупроводниковые приборы. М.:
    Высшая школа. 1975.343 с.

  14. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы. Справочник. Б.А. Бородин и
    др. М.: Радио и связь. 1985. 560 с.

43 Практикум по полупроводниковым приборам и полупроводникам. Под ред. проф. К.В. Шалимова. М.: Высшая школа. 1968. 463 с.

44. Словарь по электронике. Под ред. Волошина И.А. М.: Русский язык. 1988. 560 с.

  1. Электроника. Энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. 1991.
    688 с.

  2. Лабораторные работы по основам промышленной электроники. М.: Высшая шко­
    ла. 1989. 175 с.

  3. Кутвинов В.Г. Основы промышленной электроники. М.: Высшая школа. 1972. 223

  4. Иванов Б.С. Электроника в самоделках. М.:, Высшая школа. 1981. 240 с.

  5. Епифанов Г.И. Твердотельная электроника. М.; Высшая школа. 1986. 304 с.

1.8. Информация по оценке

Рейтинг - шкала



2.1 Тематический план курса



2.2 ЛЕКЦИОННЫЕ ЗАНЯТИЯ

ЛЕКЦИЯ 1. Тема: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Основные понятия и определения

Электрическим током называется направленное движение электрически заряженных частиц. В металлах ток обуславливается движением электронов, в жидкостях - движением ионов.

Ток, остающийся неизменным с течением времени по величине и направлению, называется постоянным.

Электрической пенью называется совокупность соединенных между собой источников и приемников электрической энергии. К электрической цепи также относятся коммутационная аппаратура, измерительные приборы и соединительные
провода, которые служат для передачи электрической энергии от источников к потребителям.

В источниках электрической энергии происходит преобразование неэлектрических видов энергии в электрические.

В приемниках электрической энергии происходит преобразование электриче­ской энергии в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую и др.

Графическое изображение электрической цепи называется электрической схемой. Электрическая схема, изображенная с помощью условных обозначений, называется принципиальной электрической схемой.

Электрические цепи характеризуются понятиями: ветвь, узел, контур.

Ветвь - участок электрической цепи, по которому протекает один и тот же ток.

Узел - точка электрической цепи, в которой соединяются три или более ветвей.

Контур - замкнутая электрическая цепь, при прохождении которой ветвь и узел встречаются только один раз. Существуют независимые и зависимые контуры. В независимом контуре есть хотя бы одна ветвь, не вошедшая в другие контуры.

В источниках питания в процессе преобразования неэлектрических видов энергии в электрические возбуждается электродвижущая сила (ЭДС) Е, которая в замкнутой цепи вызывает электрический ток.

На рисунке 2.1 а, б показаны условные обозначения ЭДС в схемах.







При преобразовании энергии в источниках питания происходят потери, которые оцениваются внутренним сопротивлением Ro-

Силой тока называется скалярная величина, равная количеству электричества, которое переносится через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени:






Q - количество электричества,



( - время. Ток измеряется в амперах (А).

Направлением электрического тока принято считать направление движения положительных зарядов. В схемах направление тока указывается стрелкой (рисунок 2.2).











Режимы работы электрических цепей

Электрические цепи могут работать в четырех режимах.

Номинальный режим - в источниках и приемниках электрической цепи токи и напряжения, мощности соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводом - изготовителем.







Эти величины I,h UH, PH указываются в паспорте или на щитке устройства. При расчете электрических схем эти данные берутся за основу. 1Н - определяет условия предельно допустимого нагрева приемников электрической цепи. UH - определяет изоляцию токоведущих частей.

Режим холостого хода (х.х.) - режим, при котором ток отдельных участков равен нулю.





Для практического осуществления х.х. достаточно отключить один из проводов, при помощи которых элемент присоединен к цепи. В режиме х.х. 1Хх - 0; Uxx - max; Rxx = од.

Режим короткого замыкания (к.з.) характеризуется тем, что напряжение на короткозамкнутом участке стремится к нулю, а ток возрастает до максимума. При коротком замыкании UK3 = 0,1КЗ - max, R = 0.

Установившийся режим характеризуется постоянными значениями потенциалов, напряжений, токов.

Замечание; При заземлении любой одной точки схемы токораспределение в ней не меняется. Потенциал заземленной точки принимают равным нулю.

Законы электрических цепей постоянного тока

Закон Ома

Закон Ома для участка цепи (рисунок 2.3). Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке "1-2" и обратно пропорционален



сопротивлению этого участка:

Рисунок 2.3

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС. Ток участка цепи с ЭДС определяется по формуле:



Если направление тока совпадает с направлением ЭДС, то ЭДС записывается со знаком "+", в противном случае она записывается со знаком "-". Пример записи: рассмотрим участок электрической цепи (рисунок 1.4).










R1+Rm+R2+R02+R,



Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю:





кА Для рисунка 2.5 первый закон Кирхгофа запишется следующим образом:

/,+/2-/3+/4-/5=0

Второй закон Кирхгофа. В любом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на сопротивлениях, входящих в этот контур:



Со знаком "+" записываются токи и ЭДС, направления которых совпадают с направлением обхода контура.

Обход контура задается произвольно «по» или «против» движения часовой стрелки.

Рисунок 2.6


Пример записи: задан контур (рисунок 2.6).









Методы расчета электрических цепей

Метод преобразования пассивных ветвей

Пассивными называются ветви, не содержащие источников энергии. Сопротивления могут быть соединены последовательно или параллельно. При последовательном соединении по всем приемникам (Яь^гДз) протекает один и тот же ток (рисунок 2.7).



Рисунок 2.7

Очевидно, напряжение на зажимах цепи U равно сумме напряжений на сопротивлениях:







Разделив почленно на ток данное выражение для U , получим:




или Ro6uf.=Ri+R2 + R3.

Сопротивление R06jh. называется общим сопротивлением цепи. Общее сопротивление цепи - это такое сопротивление, заменяя которым все сопротивления цепи при том же напряжении, получим ту же силу тока в цепи.

Таким образом, общее сопротивление цепи, состоящей из последовательно соединенных сопротивлений, равно сумме всех сопротивлений этой цепи:



При параллельном соединении один зажим каждого сопротивления присоединяется к одному узлу, а другой зажим каждого сопротивления - к другому узлу (рисунок 2.8).








С учетом этого соотношения определим основные понятия переменного тока, используя кривую изменения тока (рисунок 2.9).



где- мгновенное значение тока, А;

- максимальное значение тока, А;

- фаза, характеризующая состояние колебаний в данный момент времени t;

- начальная фаза.



Период Т - это время, в течение которого происходит полное изменение тока, измеряется в секундах.

Величина, обратная периоду, называется частотой f, измеряется в герцах.

Среднее значение синусоидального тока определяется за полпериода:


Среднее значение ЭДС и напряжения определяется аналогично:


Вместо единицы измерения угла в градусах можно пользоваться единицей измерения в радианах. Радианом называется угол, дуга которого равна радиусу. Гак как длина окружности С = 27iR, то полному углу 360° соответствует 2пК / R радиан. 360° соответствует периоду Т. Используя это соотношение, найдем формулу, связывающую угловую частоту со с циклической f, а именно:







Действующее значение синусоидального тока принято оценивать тепловым эффектом. Для оценки теплового действия, производимого переменным током, необходимо сравнить его с тепловым действием постоянного тока. Для этого по одному и тому же сопротивлению R пропустим постоянный ток, затем переменный ток (рисунок 2.10 а, б) и приравниваем количество тепла, выделяемое этими токами в

3. Изображение на комплексной плоскости:

С целью единообразия векторы синусоидального тока на комплексной плоскости принято изображать для момента времени

Токв показательной форме с использованием формулы

Эйлера будет определяться следующим образом:



где - комплексное значение переменного тока; - модуль;

- мнимая единица. Рассмотрим примеры записи комплексных величин для тока. Тригонометрическая форма записи



Комплексная форма записи



На комплексной плоскости вектор переменного тока изображается следующим образом (рисунок 2.12.):







Совокупность векторов на комплексной плоскости, изображающих синусоидально изменяющиеся функции времени одной и той же частоты и построенных с соблюдением правильной ориентации их относительно друг Друга по фазе (угол \|/), называется векторной диаграммой. Одновременный поворот всех векторов на один и тот же угол не изменит их взаимного расположения, исходя из этого, молено ввести понятие исходного вектора. Исходным вектором называется вектор, совпадающий с осью +1 комплексной плоскости.

Законы Кирхгофа в комплексном виде

В комплексном виде законы Кирхгофа запишутся следующим образом:




Первый закон Кирхгофа:




Второй закон Кирхгофа:

Активное, индуктивное, емкостное сопротивления в цепи синусоидального тока

Активное сопротивление в цепи синусоидального тока

Подается напряжение, за счет этого напряжения по цепи

протекает ток (рисунок 2.13.):



На активном сопротивлении ток и напряжение совпадают по фазе. Совпадение по фазе показано на векторной диаграмме (рисунок 2.14.) и временными диаграммами для тока и напряжения (рисунок 2.15.).



В комплексном виде действующие значения тока и напряжения на




Для этой цепи закон Ома в комплексном виде запишется следующим образом:





сопротивлении запишутся следующим образом:

Индуктивность в цепи синусоидального тока. Переменный ток, проходя по проводнику, создает переменный магнитный поток. При этом в замкнутом витке возникает ЭДС самоиндукции. ЭДС самоиндукции определяется по формуле:



где L -коэффициент, который называется индуктивностью. Индуктивность измеряется в генри (Гн),

Индуктивностью в 1 Гн обладает электрическая цепь, в которой при скорости изменения тока на 1 А /с возникает ЭДС самоиндукции в 1 В.

Рассмотрим схему с индуктивностью.

Подается напряжение, за счет этого напряжения по цепи

протекает ток (рисунок 2.16.):
















В катушке индуктивности наводится ЭДС самоиндукции. Напряжение на катушке индуктивности определится следующим образом:



индуктивности напряжение опережает ток на 90° (Рисунок. 2.17.).







сопротивлением. На °называется индуктивным


В комплексном виде действующие значения тока и напряжения на индуктивности запишутся следующим образом:



Как известно

где- индуктивное сопротивление в комплексном виде.

Закон Ома в комплексной форме:



Емкость в цени синусоидального тока. Емкостью обладает устройство, которое называется конденсатором. Конденсатор представляет собой систему. состоящую из двух проводниковых пластин, разделенных диэлектриком. На

обкладках конденсатора под действием напряжения происходит накопление свободных зарядов. Отношение заряда q пластины к напряжению между ними Uc есть величина постоянная, называемая электрической емкостью С:



Емкость измеряется в фарадах.

Емкость в одну фараду - это емкость такого устройства, которое заряжается одним кулоном электричества при разности потенциалов в один вольт.

Рассмотрим цепь переменного тока с емкостью (рисунок 2.18.)


При изменении напряжения на конденсаторе происходит изменение количества зарядов на обкладках конденсатора, это в свою очередь вызывает изменение тока:





Подается напряжение , за счет этого напряжения по цепи

протекает ток iCs которое определяется следующим образом:



Обозначимназывается емкостным сопротивлением.

На емкости ток опережает напряжение на % /2 (рисунок 2.19.).



В комплексном виде действующие значения тока и напряжения на емкости запишутся следующим образом:



- полное комплексное сопротивление цепи; - модуль полного комплексного сопротивления цепи;

- аргумент. Закон Ома для данной схемы:



Для схемы рисунок 2.20. построим векторную диаграмму (рисунок 2.21.).

Вектор Ur совпадает с вектором тока, а вектор Ul опережает ток на 90 . Вектор входного напряжения равен геометрической сумме векторов Ur и Ul. Из векторной диаграммы следует, что напряжение U цепи с последовательным соединением R, L элементов опережает по фазе ток на угол ср.



Если стороны треугольника напряжения разделить на ток, то получим тре­угольник сопротивлений рисунок 2.22. Стороны треугольника представляют собой отрезки, т.к. сопротивления - величины постоянные, а не векторные.

- угол сдвига фаз между током и напряжением.









Если в треугольнике сопротивлений каждую сторону умножить на I , то получим треугольник мощностей рисунок 2.23, где







Значение полной мощности в комплексной форме:



  1   2   3   4   5


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации