ВВЕДЕНИЕ
В результате изучения ТОЭ у учащихся должны быть сформированы соответствующие знания, умения и навыки.
Учащиеся должны знать:
- основные электрические и магнитные явления, их физическую сущность и возможности практического использования;
- физические законы, на которых основана электротехника и вытекающие из этих законов следствия, правила, положения и методы расчетов;
- наиболее употребительные термины и определения теоретической электротехники, единицы измерения и буквенные обозначения электрических и магнитных величин;
- условные графические обозначения элементов электрических цепей, применяемых в электрических расчётных схемах (схемах замещения);
- способы экономии электроэнергии и энергосбережения, которые могут быть осуществлены с помощью теоретической электротехники.
Учащиеся должны уметь:
- читать несложные схемы электрических и магнитных цепей, определять назначение их элементов, анализировать режимы их работы и уяснить, какие законы и положения ТОЭ действуют в рассматриваемой цепи;
- изображать схемы соединений несложных электрических цепей по памяти и в той последовательности, в какой их можно было бы собирать;
- конструировать схемы несложных электрических цепей в соответствии с определёнными техническими условиями и требованиями, сравнивать различные варианты сконструированных схем и выбирать наиболее оптимальный вариант с учётом требований энергосбережения;
- выполнять по заданным условиям расчёты несложных электрических цепей постоянного и переменного тока, а также магнитных цепей;
- подбирать контрольно-измерительные приборы для электрических цепей лабораторных работ, собирать эти цепи и находить в них неисправности;
- планировать лабораторные работы, сформулировать их цели и осуществлять самоконтроль деятельности;
- составлять учебные прогнозы результатов опытов, решение задач и других учебных действий, а также предугадывать последствия о тех или иных воздействий на электрическую цепь или электроустановку.
При изучении учебного материала необходимо соблюдать единство терминологии и обозначений в соответствии с действующими стандартами и международной системой единиц измерения.
Перед выполнением лабораторных работ учащиеся должны получить инструктаж по технике безопасности с соответствующей записью в специальном журнале.
Учебными планами предусматривается выполнение курсовой работы и проведение обязательной контрольной работы.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
| Наименование темы | Количество часов | |
| Всего часов | В том числе на лабораторные работы | |
| Введение 1. Расчёт электрических цепей постоянного тока. 2. Электромагнетизм. 3. Физические процессы в электрических цепях переменного тока. 4. Расчёт электрических цепей переменного тока. 5. Трёхфазные электрические цепи. 6. Электрические цепи с несинусоидальными периодическими напряжениями тока. 7. Нелинейные электрические цепи переменного тока. 8. Переходные процессы в электрических цепях. 9. Электрические цепи с распределёнными параметрами. | ||
| Всего |
Литература
Попов В.С. Теоретическая электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 544с.
Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая школа, 1999. – 495с.
Буртаев Ю.В., Овсянников П.Н. Теоретические основы электротехники. – М.: Энергоатомиздат, 1984. –552с.
Зайчик М.Ю. Сборник задач и упражнений по теоретической электротехники. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 496с.
Гилицкая Л.Н. Теоретические основы электротехники. – Мн.: РИПО, 1997. – 67с.
Усс Л.В. Лабораторный практикум по общей электротехнике с основами электроники. – Мн.: Высшая школа, 1993.
СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДМЕТА
Введение.
Электрическая энергия, и её свойства и применения. Экономическая эффективность электрической энергии. Примеры экономии труда и средств защит электрификации промышленности и сельского хозяйства.
Краткий исторический обзор и перспективы дальнейшего развития электрификации РБ.
Значение электрификации и электронизации для становления и развития народного хозяйства республики.
Понятие о производстве и распределении электроэнергии. Краткие сведения об энергетических ресурсах, энергетической и электрической системах республики, а также об энергосбережении города, в котором находится учебное заведение, его промышленных предприятий и учебного заведения.
Краткая характеристика предмета, его структура (связи с другими предметами учебного плана). Примеры использования знаний по предмету при дальнейшей учёбе и в производственных ситуациях.
Перечень основных изменений и навыков, приобретаемых при изучении предмета.
1.Расчёт электрических цепей постоянного тока.
Структурная схема темы.
Цели и задачи расчёта электрической цепи. Классификация методов расчёта цепей и область их применения Способы проверки правильности расчётов.
Расчёт электрической цепи путём преобразования их схем. Выявление в схемах последовательно соединённых сопротивлений, соединённых в звезду или треугольник. Преобразование трех лучевой звезды сопротивлений. «Свёртывание» схем со смешанным соединением сопротивлений, определение эквивалентного сопротивления цепи. Расчёт токов в свёрнутой и исходной схемах.
Расчёт напряжения на входе цепи при заданном токе одной из ветвей или мощности резистора этой ветви. Расчёт цепей методом подобия.
Принцип наложения токов в линейных электроцепях. Расчёт цепей с использованием принципа наложения токов.
Расчёт электрических цепей по методу узлового напряжения. Распределение нагрузки между источниками электрической энергии при их параллельной работе на общий приёмник энергии. Расчёты электроцепей по методу узловых и контурных уравнений, а также по методу контурных токов.
Эквивалентный генератор. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления эквивалентного генератора по опыту холостого хода и короткого замыкания. Расчёт тока и мощности нагрузки подключённой и эквивалентному генератору. Анализ режимов этой нагрузки при изменении её сопротивления. Расчёт тока одной ветви электрической цепи по методу эквивалентного генератора.
Нелинейные элементы электрических цепей постоянного тока. Понятие о статическом и динамическом сопряжениях нелинейного элемента. Приведение нелинейных цепей к линейным цепям. Понятие о нелинейном активном двухполюснике. Графический расчёт нелинейных электрических цепей постоянного тока при последовательном, параллельном и смешанном соединении элементов.
Лабораторно-практическая работа №1.
Тема: «Расчёт и исследование электрических цепей на основе законов Кирхгофа».
Лабораторно-практическая работа №2.
Тема: «Расчёт и исследование электрической цепи постоянного тока с нелинейным элементом».
Электромагнетизм.
Структурная схема темы.
Магнитная цепь как средство передачи, распределения и преобразования энергии. Аналогия между электрической и магнитной цепями. Взаимная связь в работе электрической и магнитной цепи. Основные физические величины, используемые в теории магнитных цепей: магнитодвижущая сила и её значение по закону полного тока; магнитное напряжение как часть магнитодвижущей силы, приходящей на участок магнитной цепи; напряжённость магнитного поля как часть магнитного напряжения, приходящаяся на единицу длинны средней линии магнитопровода; магнитный поток как совокупность силовых линий магнитного поля; магнитная индукция как плотность магнитного потока; магнитное сопротивление участка магнитопровода. Аналогия между магнитными и электрическими величинами.
Магнитные свойства веществ. Диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные вещества. Магнитная проницаемость (абсолютная и относительная) как характеристика вещества.
Намагничивание ферромагнитных материалов. Характеристики намагничивания ферромагнитных материалов. Явление магнитного гистерезиса. Аналогии в свойствах ферромагнитных материалов и диэлектриков.
Ферромагнитные материалы как средство преобразования энергии переменного магнитного поля в тепловую. Примеры использования этого свойства на практике. Потери энергии от гистерезиса. Зависимость этих потерь от площади петли гистерезиса. Магнитомягкие и магнитотвёрдые материалы и их применение.
Законы и закономерности магнитных цепей: закон Ома, первый и второй законы Кирхгофа, закономерности при последовательном и параллельном соединении и элементов магнитных цепей (неразветвлённой и разветвлённой магнитной цепей). Аналогии между законами магнитных и электрических цепей. Взаимосвязь в работе электрических и магнитных цепей.
Расчёт неразветвлённой однородной магнитной цепи: прямая и обратная задача расчёта. Экономическое обоснование (в том числе с позиции энергосбережения) работы магнитных цепей в режиме магнитного насыщения.
Расчёт неразветвлённой неоднородной магнитной цепи: прямая и обратная задача расчёта. Влияние воздушного зазора на технико-экономические показатели работы магнитной цепи.
Понятие о расчётах разветвлённых магнитных цепей и магнитных цепей с постоянными магнитами.
Магнитоэлектрический, электромагнитный, электродинамический и индукционный способы создания сил. Определение направления этих сил. Примеры использования этих сил на практике. Расчёт сил при магнитоэлектрическом, электродинамическим и электромагнитным способах.
Работа при перемещении проводника с током в магнитное поле. … Индуктивность и взаимная индуктивность. Энергия магнитного поля. Выражение энергии магнитного поля через потокосцепление, или индуктивность, или в заданном объёме пространства (магнитопровода). Объёмная плотность энергии магнитного поля.
Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции для проводника и для контура. Правило правой руки и правило (закон) Ленца. Явление и ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции. Вихревые токи, их использование и способы ограничения. Потери от вихревых токов.
Примеры использования явления электромагнитной индукции на практике: преобразование механической энергии в электрическую (принцип действия электрического генератора); преобразование электрической энергии в механическую (принцип работы электрического двигателя); принцип действия трансформатора.
Физические процессы в электрических цепях переменного тока.
Структурная схема темы.
Схема устройства генератора переменного тока. Уравнения и графики синусоидальных величин. Мгновенное, амплитудное, действующее и среднее значение переменного тока. Коэффициент формы и коэффициент амплитуды.
Период, частота, угловая частота, фаза, начальная фаза, сдвиг фаз синусоидального изменения величин. Практические примеры совпадения синусоидальных величин по фазе, находящихся в противофазе и под углом 90°.
Сложение и вычитание синусоидально изменяющихся величин. Векторные диаграммы и основные направления использования их на практике.
Параметры электрических цепей переменного тока: активное сопротивление, ёмкость, индуктивность, взаимная индуктивность. Активные и реактивные сопротивления в цепи переменного тока.
Физические процессы в цепи переменного тока с активным сопротивлением. Выражение тока и мощности при синусоидальном напряжении. Векторная диаграмма цепи. Понятие об активной мощности. Изменение режимов работы цепи при изменении активного сопротивления и при изменении частоты переменного напряжения. Поверхностный эффект.
Физические процессы в цепи переменного тока с ёмкостью. Выражение тока и мощности при синусоидальном напряжении. Векторная диаграмма цепи. Понятие о ёмкостном сопротивлении и ёмкостной (реактивной) мощности. Изменение режимов работы цепи при изменении емкости и при изменении частоты переменного напряжения.
Физические процессы в цепи переменного тока с индуктивностью. Выражение напряжения и мощности при синусоидальном токе. Векторная диаграмма цепи. Понятие об индуктивном сопротивлении и индуктивной (реактивной) мощности. Изменение режимов работы цепи при изменении индуктивности и при изменении частоты переменного тока.
Схемы замещения катушки и конденсатора с потерями. Схема с последовательным соединением активного и реактивного элементов: векторные диаграммы, активная и реактивная составляющие вектора напряжения, треугольники напряжений и сопротивлений. Изменение режимов работы цепи при изменении активного или реактивного сопротивления, а также при изменении частоты переменного тока. Схема замещения с параллельным сопротивлением активного и реактивного элементов: векторная диаграмма, активная и реактивная составляющие вектора тока, треугольники тока и проводимостей. Активная, реактивная и полная мощности катушки и конденсатора с потерями. Треугольник мощности. Изменение режимов работы цепи при изменении активной или реактивной проводимости, а также при изменении частоты переменного тока.
Физические процессы в цепи переменного тока при последовательном соединении активного сопротивления, индуктивности ёмкости. Векторная диаграмма цепи. Треугольники сопротивлений и мощностей. Изменение режима работы цепи при изменении активного сопротивления, индуктивности, ёмкости, а также при изменении частоты переменного тока. Резонанс напряжений: частота собственных колебаний, волновое сопротивление, условия и признаки резонанса напряжений, частотные характеристики неразветвлённой цепи, добротность контура.
Физические процессы в цепи переменного тока при параллельном соединении активного сопротивления, индуктивности и ёмкости. Векторная диаграмма цепи. Треугольники проводимостей. Изменение режимов работы цепи при изменении параметров цепи, а также при изменении частоты переменного напряжения. Резонанс токов: Условия и признаки резонанса токов, резонансная частота, частотные характеристики параллельного контура.
4. Расчёт электрических цепей переменного тока.
Структурная схема темы.
Цели и задачи расчёта электрических цепей переменного тока. Классификация методов расчёта цепей и область их применения. Способы поверки правильности расчётов.
Расчёт с помощью векторных диаграмм неразветвлённых цепей синусоидального тока при одном источнике питания и произвольном числе активных и реактивных элементов. Построение топографической векторной диаграммы. Изменение режимов работы цепи при изменении её параметров, а также при изменении частоты переменного тока.
Расчёт разветвлённых цепей синусоидального тока с помощью векторных диаграмм при одном источнике питания, двух узлах цепи и произвольном числе активных и реактивных элементов (графоаналитическим методом, методом активных и реактивных составляющих токов, методом проводимостей). Изменение режимов работы цепи при изменении её параметров, а также при изменении частоты переменного тока.
Расчёт электрических цепей синусоидального тока с помощью круговых диаграмм. Построение круговых диаграмм неразветвлённых и разветвлённых цепей с постоянным активным и переменным реактивным элементом, а также с постоянным реактивным и переменным активным элементом. Определение по круговым диаграммам токов, напряжений, сопротивлений, мощностей, углов сдвига фаз между величинами, а также параметров цепи, при которых может быть осуществлён резонансный режим работы электрической цепи. Анализ режимов работы электрических цепей с помощью круговых диаграмм.
Символический метод расчёта. Выражение синусоидальных напряжений и токов комплексными числами. Комплексные сопротивления и проводимости. Вычисление мощности по известным комплексным напряжению и току. Расчёт электрических цепей синусоидального тока с применением комплексных чисел: метод преобразования, метод узлового напряжения, метод узловых и контурных уравнений.
Согласное и встречное включение элементов с взаимоиндуктивностью. Разметка зажимов индуктивно связанных элементов. Знаки ЭДС и напряжений, обусловленных взаимной индуктивностью. Расчёт электрических цепей синусоидального тока с взаимной индуктивностью при последовательном, параллельном и смешанном соединении элементов цепи.
Особенности расчёта четырёхполюсников в цепях переменного тока.
5. Трёхфазные электрические цепи.
Структурная схема цепи.
Понятие об однофазной и многофазной электрических цепях. Достоинства многофазных цепей в сравнении с однофазными. Трёхфазные системы: ЭДС, токов, электрических цепей. Схема устройства трёхфазного электромашинного генератора. Соединение обмоток трехфазного генератора (трансформатора) звездой и треугольником. Фазные и линейные напряжения и соотношения между ними в симметричной цепи.
Симметричная нагрузка в трехфазной цепи при соединении фаз приёмника звездой и треугольником. Фазные и линейные токи и соотношения между ними.
Расчёт симметричной трёхфазной цепи при соединении приёмника звездой и треугольником. Мощность трёхфазной цепи при симметричном режиме.
Трёхфазные несимметричные цепи. Топографическая диаграмма несимметричной трех проводной трёхфазной цепи. Изменение режимов работы этой цепи при изменении сопротивления одной фазы приёмника. Четырех проводные трёхфазные цепи, роль нейтрального провода.
Расчёт трёхфазных цепей при соединении фаз приёмника звездой и несимметричной нагрузке.
Расчёт токов в проводах четырех проводной трёхфазной цепи, питающей произвольное число трёхфазных приёмников, соединённых как звездой, так и треугольником. Применение метода взаимного преобразования звезды и треугольника сопротивлений к расчёту трёхфазных цепей.
Метод симметричных составляющих: комплексы симметричных составляющих; разложение несимметричных трёхфазной системы векторов на симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности. Свойства трёхфазных цепей в отношении симметричных составляющих токов и напряжений.
Получение и применение вращающегося магнитного поля. Разложение пульсирующего магнитного поля на два вращающихся: магнитное поле однофазной обмотки при синусоидальном токе (пульсирующее поле); пульсирующее магнитное поле, представленное путём положения двух вращающихся полей. Уравнение вращающегося поля: поле двухфазной обмотки; поле трёхфазной обмотки; частота вращения магнитного поля. Понятие о бегущем магнитном поле и его применение на практике.
Лабораторно-практическая работа №3.
Тема: «Расчёт и исследование трёхфазной цепи при соединении звездой при неравномерной погрузке».
Лабораторно-практическая работа №4.
Тема: «Расчёт и исследование трёхфазной цепи при соединении треугольником при неравномерной нагрузке».
