Свойства спектров Между колебанием s(t) и его спектром S существует однозначное соответствие. <...> Это соответствие одинаково как для пе12 2π/τ 4π/τ ФЧХ ω риодических, так и одиночных колебаний, поэтому некоторые свойства спектров рассмотрим на примере одиночных колебаний. <...> Свойства спектров четных и нечетных колебаний Если колебание s(t) описывается четной функцией своего аргумента, то спектр такого колебания всегда действительный, т. е. мнимые составляющие отсутствуют: Сns = 0, B(ω) = 0. <...> Тогда новое колебание s(t) = g(t)f(t) будет S , определяемый сверткой спектров исходных колебаний, а не их произведением: S 2 1 Более подробно свойства спектров описаны в [ 1 ]. <...> Основные понятия и определения Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об ЭДС, напряжении и токе. <...> В общем случае электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии и промежуточных звеньев (проводов, аппаратов), связывающих источники с приемниками. <...> Активными элементами считаются источники эклектической энергии: источники ЭДС и источники тока. <...> Участок электрической цепи с выбранными положительными направлениями тока и напряжения выбирается произвольно. <...> Разность электрических потенциалов точек 1 и 2 представляет собой напряжение на данном участке цепи. <...> 24 Для придания определенного смысла знаку напряжения на рассматриваемом участке цепи для напряжения, так же как и для тока, произвольно выбирается положительное направление. <...> Например, i12 обозначает ток, который имеет положительное направление на участке цепи от точки 1 к точке 2. <...> Положительными направлениями токов и напряжений пользуются при исследовании процессов, происходящих в электротехнических устройствах, и расчете электрических цепей. <...> Для краткости положительное направление будем называть просто направлением <...>
Электротехника._2-е_изд.,_исправл..pdf
УДК 621.3
ББК 31.2
Б70
Рецензенты:
кафедра «Автоматизация технологических процессов и систем» НТТИ
(зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. В. А. Иванушкин);
канд. техн. наук, доц. Н. В. Будылдина (УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ»)
Научный редактор – д-р техн. наук, проф. Ф. Н. Сарапулов
Блохин, А. В.
Б70 Электротехника : учебное пособие / А. В. Блохин. – 2-е изд., испр. –
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 184 с.
ISBN 978-5-7996-1090-6
Учебное пособие соответствует Государственному стандарту дисциплины «Электротехника»
для студентов высших учебных заведений. Содержит теоретический материал
об электрических колебаниях и их свойствах, методах расчета электрических цепей.
В ней рассмотрены нелинейные и трехфазные цепи, трансформаторы, электрические машины
постоянного и переменного тока.
Предназначено для студентов неэлектротехнических специальностей высших
учебных заведений, изучающих курс «Электротехника».
Библиогр.: 9 назв. Табл. 4. Рис. 81.
УДК 621.3
ББК 31.2
________________________________________________________________
Учебное издание
Блохин Анатолий Васильевич
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Подписано в печать 23.12.2013. Формат 60×90 1/16. Плоская печать.
Усл. печ. л. 10,74. Уч.-изд. л. 10,0. Тираж 50 экз. Заказ № 84.
Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ
620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5
Тел.: 8(343)375-48-25, 375-46-85, 374-19-41
E-mail: rio@urfu.ru
Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ
620000, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4
Тел.: 8(343) 350-56-64, 350-90-13
Факс: 8(343) 358-93-06
E-mail: press-urfu@mail.ru
ISBN 978-5-7996-1090-6
© Уральский федеральный университет, 2010
© А. В. Блохин, 2010
© Уральский федеральный университет, 2014
2
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................
Глава 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ИХ
СВОЙСТВА ................................................................................
1.1. Классификация электрических колебаний ...................
1.2. Разложение колебаний в ряд Фурье ..............................
3
4
4
6
1.3. Спектры колебаний ......................................................... 8
1.4. Свойства спектров ...........................................................
1.4.1. Свойство линейности ..........................................
1.4.2. Сдвиг колебаний во времени ..............................
13
1.4.3. Свойства спектров четных
и нечетных колебаний ........................................ 14
1.4.4. Изменение масштаба времени ............................
1.4.5. Дифференцирование и интегрирование
колебания ..............................................................
1.4.6. Произведение колебаний ....................................
1.5. Временные характеристики колебаний ........................
1.6. Случайные колебания .....................................................
Глава 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ..........................................
14
15
15
16
18
23
2.1. Основные понятия и определения ................................. 23
2.2. Элементы электрических цепей .....................................
2.2.1. Сопротивление .......................................................
2.2.2. Индуктивность .......................................................
2.2.3. Емкость ...................................................................
2.2.4. Замещение физических элементов
идеализированными элементами цепи ................
2.2.5. Источники ЭДС и источники тока .......................
2.3. Законы Кирхгофа .............................................................
Глава 3. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПРИ ПОСТОЯННОМ
ТОКЕ И ПЕРЕМЕННОМ ГАРМОНИЧЕСКОМ
ВОЗДЕЙСТВИИ ..........................................................................
3.1. Гармоническое воздействие ...........................................
3.2. Синусоидальный ток в сопротивлении .........................
181
26
26
28
32
35
37
41
2.3.1. Первый закон Кирхгофа ....................................... 41
2.3.2. Второй закон Кирхгофа ........................................
42
44
44
49
12
13
Стр.182
3.3. Синусоидальный ток в индуктивности ......................... 51
3.4. Синусоидальный ток в емкости .....................................
3.5. Последовательное соединение R,L,C .............................
64
66
53
55
3.6. Параллельное соединение R,L,C .................................... 58
3.7. Мощность в цепи синусоидального тока ...................... 61
3.8. Представление синусоидальных функций в виде
проекции вращающихся векторов .................................
3.9. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме ...........
3.9.1. Последовательное соединение R,L,C ................... 66
3.9.2. Параллельное соединение R,L,C ...........................
3.10. Комплексная форма записи мощности ..........................
Глава 4. ИНДУКТИВНО СВЯЗАННЫЕ ЦЕПИ ....................
69
70
74
4.1. Основные положения и определения ............................. 74
4.2. Полярности индуктивно связанных катушек.
ЭДС взаимной индукции .................................................
4.4. Коэффициент индуктивной связи. Индуктивность
рассеяния ..........................................................................
4.5.2. Последовательный колебательный контур,
резонанс напряжения ............................................
4.5.3. Параллельный колебательный контур.
Резонанс токов .......................................................
76
4.3. Комплексная форма расчета цепи с
взаимной индукцией ........................................................ 80
81
4.5. Резонанс в электрических цепях .................................... 85
4.5.1. Резонансные (колебательные) цепи .....................
Глава 5. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СЛОЖНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ......................................................
5.1. Преобразование схем электрических цепей .................
5.1.1. Последовательное соединение .............................
5.1.2. Параллельное соединение .................................... 94
5.2. Применение законов Кирхгофа для расчета
сложных цепей .................................................................
5.3. Метод контурных токов ..................................................
85
86
90
92
92
92
96
98
5.4. Метод узловых напряжений ........................................... 100
5.5. Метод наложения ............................................................. 103
Глава 6. ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ ........................................... 105
6.1. Основные определения и классификация
четырехполюсников ........................................................ 105
182
Стр.183
6.2. Системы уравнений четырехполюсника ....................... 108
6.3. Схемы замещения четырехполюсника ......................... 112
Глава 7. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ .............. 114
7.1. Основные понятия и определения ................................. 114
7.2. Соединение звездой ......................................................... 115
7.3. Соединение треугольником ............................................ 118
7.4. Мощность трехфазной цепи ........................................... 121
Глава 8. ТРАНСФОРМАТОРЫ ................................................. 122
8.1. Устройство и принцип действия трансформатора ....... 122
8.2. Режим холостого хода трансформатора.
Коэффициент трансформации ........................................ 123
8.3. Рабочий режим трансформатора .................................... 125
8.4. Полная схема замещения трансформатора ................... 126
8.5. Трехфазный трансформатор ........................................... 127
8.6. Автотрансформатор ......................................................... 130
Глава 9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ ............................. 133
9.1. Электрические двигатели постоянного тока ................ 133
9.1.1. Устройство и принцип действия
электродвигателей постоянного тока .................. 133
9.1.2. Способы пуска в ход электродвигателей
постоянного тока ................................................... 136
9.1.3. Способы регулирования частоты вращения
электродвигателей постоянного тока .................. 138
9.2. Асинхронные трехфазные электрические
двигатели .......................................................................... 140
9.2.1. Устройство трехфазных асинхронных
электрических двигателей .................................... 140
9.2.2. Принцип действия трехфазного
асинхронного электродвигателя .......................... 143
9.2.3. Схема замещения ротора трехфазного
асинхронного электродвигателя .......................... 144
9.2.4. Рабочие характеристики трехфазного
асинхронного электродвигателя .......................... 146
9.3. Синхронные трехфазные электрические
двигатели ......................................................................... 149
9.3.1. Устройство и принцип действия трехфазных
синхронных электродвигателей ........................... 149
9.3.2. Способы пуска в ход трехфазных
синхронных электродвигателей ........................... 151
183
Стр.184
Глава 10. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ЦЕПИ ............................................................................................ 155
10.1. Аппроксимация нелинейных характеристик .............. 155
10.2. Воздействие гармонических колебаний
на нелинейные элементы ............................................. 158
10.3. Практическое использование ...................................... 161
Глава 11. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
И ПРОВОДОВ ............................................................................. 163
11.1. Выбор электродвигателей ............................................
11.1.1. Основные сведения об электроприводе
и режимах работы электродвигателей ............ 163
11.1.2. Принципы выбора электродвигателей ............ 166
11.1.3. Определение мощности двигателя. Выбор
двигателя по каталогу ....................................... 167
11.1.4. Определение мощности двигателей
для некоторых механизмов .............................. 171
11.2. Выбор проводов ............................................................. 173
11.2.1. Выбор марки провода .......................................
11.2.2. Выбор сечения провода ....................................
11.2.3. Выбор по механической прочности ................
173
174
174
11.2.4. Выбор по току нагрузки ................................... 174
11.2.5. Выбор по потере напряжения ........................... 177
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................
180
163
184
Стр.185