Тема 4. Цепи синусоидального тока

Содержание дисциплины

Содержание теоретического раздела дисциплины

Предмет курса ТОЭ, его место в системе электротехнического образования. Связь курса ТОЭ со смежными дисциплинами электротехнического цикла, с вопросами передачи, распределения и преобразования электрической энергии.

Тема 1. Физические основы электротехники

Общая физическая основа задач теории электромагнитного поля и теории электрических и магнитных цепей. Связь между электрическими и магнитными явлениями, единство электрических и магнитных явлений. Связь заряда частиц и тел с их электрическим полем. Электрические токи проводимости, переноса и смещения, принцип непрерывности электрического тока. Электрическое напряжение и разность потенциалов. Электродвижущая сила. Магнитный поток, закон электромагнитной индукции. Потокосцепление, ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции. Энергия системы заряженных тел и контуров с электрическими токами. Распределение энергии в электрическом и магнитном поле. Силы, действующие на заряженные тела в электромагнитном поле.

 

Тема 2. Уравнения электромагнитного поля

Основные векторы электрического поля. Уравнения Максвелла – основные уравнения электромагнитного поля. Закон полного тока в дифференциальной форме – первое уравнение Максвелла. Закон электромагнитной индукции в дифференциальной форме – второе уравнение Максвелла. Операции "ротор" и "дивергенция". Теорема Гаусса в дифференциальной форме. Теорема Остроградского. Непрерывность магнитного потока и полного тока в дифференциальной форме.

 

Тема 3. Законы электрических цепей

Электрическая цепь и ее элементы. Идеализированные пассивные и активные элементы. Дуальные элементы и цепи. Характеристики и схемы замещения источников и приемников электрической энергии. Эквивалентные преобразования пассивных участков электрической цепи.

Компонентные и топологические уравнения. Топологические матрицы. Законы Кирхгофа и их применение для анализа электрического состояния неразветвленных и разветвленных электрических цепей. Метод контурных токов. Метод наложения. Принцип взаимности. Метод узловых потенциалов. Метод эквивалентного генератора (активного двухполюсника).

 

Тема 4. Цепи синусоидального тока

Основные параметры синусоидальных электрических величин (амплитуда, частота, период, фаза). Получение синусоидальных ЭДС. Действующие и средние значения синусоидальных ЭДС. Изображение синусоидальных величин с помощью вращающихся векторов и комплексными числами. Метод комплексных амплитуд. Векторные диаграммы. Свойства простейших цепей: цепь с резистором, цепь с индуктивностью, цепь с емкостью.

Свойства неразветвленных цепей синусоидального тока. Комплексные сопротивления. Мгновенная, активная, реактивная полная мощности электрических цепей. Волновые диаграммы токов, напряжений, мощностей. Треугольники сопротивлений и мощностей. Разветвленные цепи синусоидального тока с одним источником. Векторные и топографические диаграммы. Особенности применения методов расчета сложных цепей ц цепям синусоидального тока.

Энергетические показатели цепей синусоидального тока. Коэффициент мощности и способы его повышения. Повышение коэффициента мощности как эффективное средство экономии электрической энергии.

Резонансные явления. Резонанс напряжений. Резонанс токов. Частотные характеристики. Резонанс в сложных цепях.

Цепи с взаимной индукцией. ЭДС само- и взаимоиндукции. Последовательное и параллельное соединение индуктивно связанных цепей. Особенности расчета цепей с индуктивными связями. Линейный трансформатор: уравнение, схема замещения, векторная диаграмма..

 

Тема 5. Трехфазные цепи

Основные понятия и определения в многофазных системах. Получение трехфазных ЭДС. Симметричная и несимметричная системы. Основные схемы соединения трехфазных цепей. Расчет симметричных и несимметричных режимов трехфазных цепей, причины возникновения несимметрии. Мощность трехфазных цепей и методы ее измерения. Аварийные режимы трехфазных систем. Пульсирующее магнитное поле. Вращающееся магнитное поле. Разложение несимметричных трехфазных систем напряжений и токов на симметричные составляющие. Свойства трехфазных цепей в отношении симметричных составляющих токов и напряжений. Сопротивления симметричной трехфазной цепи для токов различных последовательностей. Законы Ома и Кирхгофа для симметричных составляющих. Расчет цепей в несимметричных режимах.