Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634928)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Электротехника: теория и практика. Моделирование в среде TINA-8 (3000,00 руб.)

0   0
Первый авторАлехин В. А.
ИздательствоМ.: Горячая линия – Телеком
Страниц309
ID873539
АннотацияПособие состоит из 18 лекций, содержащих теоретический материал, задачи для решения, схемы для моделирования, контрольные вопросы, и соответствует программе дисциплины «Электротехника». Отличительной особенностью книги является то, что любую изучаемую схему можно загрузить в бесплатную студенческую версию программы TINA-TI и исследовать самостоятельно её работу. Пособие содержит дополнительные главы – резонансные контуры, электрические фильтры, двухполюсники, цепи с распределёнными параметрами, которые представляют интерес для углублённого понимания курса.
Кем рекомендованоРедакционно-издательским советом Московского технологического университета (МИРЭА) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 27.03.04 «Управление в технических системах»
Кому рекомендованоДля студентов, обучающихся по направлению подготовки 27.03.04 – «Управление в технических системах».
ISBN978-5-9912-0658-7
УДК621.3.03(075.8)
ББК31.21я73
Алехин, В.А. Электротехника: теория и практика. Моделирование в среде TINA-8 : учеб. пособие для вузов / В.А. Алехин .— Москва : Горячая линия – Телеком, 2017 .— 309 с. : ил. — ISBN 978-5-9912-0658-7 .— URL: https://rucont.ru/efd/873539 (дата обращения: 30.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Электротехника_теория_и_практика._Моделирование_в_среде_TINA-8._Учебное_пособие_для_вузов.pdf
УДК 621.3.03(075.8) ББК 31.21 А49 Р ец ен зен т ы : доктор техн. наук, профессор М. Л. Белов; доктор техн. наук, профессор Л. А. Потапов Алехин В. А. А49 Электротехника: теория и практика. Моделирование в среде TINA-8. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2017. – 308 с.: ил. ISBN 978-5-9912-0658-7. Пособие состоит из 18 лекций, содержащих теоретический материал, задачи для решения, схемы для моделирования, контрольные вопросы, и соответствует программе дисциплины «Электротехника». Отличительной особенностью книги является то, что любую изучаемую схему можно загрузить в бесплатную студенческую версию программы TINA-TI и исследовать самостоятельно её работу. Пособие содержит дополнительные главы – резонансные контуры, электрические фильтры, двухполюсники, цепи с распределёнными параметрами, которые представляют интерес для углублённого понимания курса. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 27.03.04 – «Управление в технических системах». ББК 31.21 Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU Тиражирование книги начато в 2017 г. Все права защищены. Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателя. © ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком» www.techbook.ru © В.А. Алехин I
Стр.2
Оглавление ВВЕДЕНИЕ .. .......... .......... .......... ......... ........ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ . ...... .......... .......... .......... .......... ....... 1.1. Задачи дисциплины «Электротехника» . ......... ..... 1.2. Основные понятия электротехники .... .......... .... 1.3. Алфавит электрических цепей ..... .......... ........ 3 4 4 6 7 1.4. Зависимые (управляемые) активные элементы ... ... 13 1.5. Модели реальных электронных компонентов ........ 14 1.6. Нелинейные элементы электрических цепей ......... 16 1.7. Классификация электрических цепей . .......... ..... 17 1.8. Основные топологические понятия и соотношения .. . 17 1.9. Основные законы электрических цепей . .......... ... 19 1.10. Виды сигналов ...... ......... .......... .......... .... 21 1.11. Принцип суперпозиции в линейной цепи . .......... .. 23 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 26 2. ОСНОВНЫЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЦЕПЕЙ .......... .......... ......... .......... .......... .... 28 2.1. Составление уравнений на основании законов Кирхгофа ......... .......... .......... .......... .......... . 28 2.2. Метод контурных токов (МКТ) ...... .......... ...... 29 2.3. Метод узловых напряжений (МУН) ..... .......... ... 33 2.4. Метод двух узлов ... .......... .......... .......... .... 35 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 36 3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕМЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ ...... .......... . 37 3.1. Принцип наложения ..... .......... .......... ......... 37 3.2. Теорема взаимности (теорема обратимости) ........ .. 38 3.3. Входные и взаимные проводимости и сопротивления ветвей .... .......... .......... .......... ......... ..... 39 3.4. Связь между входными и взаимными проводимостями 40 3.5. Теорема о компенсации ......... .......... .......... .. 41 3.6. Теорема об эквивалентном генераторе .......... ..... 42 3.7. Передача энергии от активного двухполюсника к нагрузке, согласование нагрузки с генератором .... .... 43 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 47 4. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ...... .... 48
Стр.300
Оглавление 301 4.1. Преобразование пассивных цепей . .......... ......... 48 4.2. Преобразование активных цепей ..... .......... ...... 52 4.3. Правило переноса источника напряжения черезузел 55 4.4. Правило размножения источников тока .... .......... 56 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 57 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКИХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ .... .......... .......... ......... ........ 58 5.1. Гармонические сигналы и их характеристики ........ 58 5.2. Оператор поворота .... .......... .......... .......... . 59 5.3. Символическое представление гармонической функции 59 5.4. Формы записи комплексной амплитуды (КА) .. ...... 61 5.5. Сложение гармонических функций одной частоты ... 62 5.6. Гармонический ток и напряжение в резисторе ..... .. 62 5.7. Гармонический ток и напряжение в индуктивности .. 64 5.8. Гармонический ток и напряжение в емкости .. ....... 65 5.9. Комплексное сопротивление цепи ........ .......... .. 67 5.10. Символический метод расчёта ...... .......... ........ 69 5.11. Векторная диаграмма тока и напряжения в неразветвлённой цепи ...... .......... .......... .......... ..... 70 5.12. Резонанс напряжений ... .......... .......... ......... 71 5.13. Расчёт напряжения и токов при параллельном соединении R, L, C........ ......... .......... .......... .... 73 5.14. Переход от сопротивления к проводимости .. ........ 74 5.15. Резонанс токов ....... .......... .......... .......... .. 74 5.16. Основные законы цепей в символической форме . .... 75 5.17. Порядок расчета цепи символическим методом ...... 76 5.18. Топографические диаграммы ..... ......... .......... . 77 5.19. Энергетические соотношения в цепях переменного тока. Мгновенная и средняя мощность ...... .......... . 78 5.20. Действующие значения токов и напряжения. ... ...... 79 5.21. Активная, реактивная и полная мощность ....... .... 80 5.22. Расчёт мощности в комплексной форме .. .......... .. 82 5.23. Баланс мощностей .... .......... .......... ......... ... 82 5.24. Согласование источников энергии с нагрузкой в цепи гармонического тока .... .......... .......... .......... 84 5.25. Повышение коэффициента мощности .... ......... ... 85 5.26. Примеры расчета цепей гармонического тока ... ..... 85 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 91 6. ЦЕПИ С ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИЕЙ ........ .......... ...... 93 6.1. Определение взаимной индукции и взаимной индуктивности . .......... .......... ......... .......... ...... 93
Стр.301
302 Оглавление 6.2. Согласное и встречное включение катушек ...... .... 95 6.3. Комплексное сопротивление взаимной индуктивности 97 6.4. Экспериментальное определение одноимённых зажимов .... .......... ......... .......... .......... ..... 97 6.5. Коэффициент взаимной связи ..... .......... ......... 98 6.6. Последовательное соединение магнитно-связанных катушек ...... .......... ......... .......... .......... .... 98 6.7. Линейный трансформатор ..... .......... .......... ... 99 6.8. Коэффициенты трансформации ...... .......... ...... 100 6.9. Совершенный трансформатор ..... .......... ......... 100 6.10. Идеальный трансформатор ........ .......... ......... 101 6.11. Согласующие свойства трансформатора . .......... .. 102 6.12. Схема замещения воздушного трансформатора ...... 102 6.13. Развязка магнитно-связанных цепей ......... ........ 103 6.14. Расчёт сложных цепей, содержащих взаимные индуктивности . .......... .......... ......... .......... ...... 105 6.15. Примеры расчета цепей с взаимными индуктивностями ... .......... .......... .......... .......... ....... 106 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 111 7. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ . ......... .......... .......... ... 113 7.1. Определение и применение колебательных цепей . .... 113 7.2. Комплексные передаточные функции колебательной цепи .. ......... .......... .......... .......... ......... 114 7.3. Последовательный колебательный контур ..... ...... 115 7.3.1. Резонанс напряжений ....... ....... ........ ........ . 116 7.3.2. Обобщенные частотные характеристики тока в последовательном контуре ....... ........ ........ ....... .... 117 7.3.3. Абсолютная и относительная расстройка ........ ... 118 7.3.4. Полоса пропускания последовательного контура ... 119 7.3.5. Влияние добротности контура на избирательность . 120 7.3.6. Передаточные функции по напряжению ..... ....... 122 7.3.7. Влияние нагрузки на избирательные свойства контура ... ........ ....... ........ ....... ........ ........ ...... 123 7.4. Параллельный колебательный контур ...... ......... 125 7.4.1. Обобщенная схема параллельного контура ...... ... 125 7.4.2. Расчетные соотношения в параллельном контуре .. 125 7.4.3. Амплитудно-частотные характеристики параллельного контура ..... ....... ........ ....... ........ ........ ... 126 7.4.4. Согласование параллельного конутра с генератором 128 7.5. Связанные колебательные контуры ....... .......... . 128 7.5.1. Расчет АЧХ связанных контуров в Mathcad .... .... 129
Стр.302
Оглавление 303 7.5.2. Моделирование связанных контуров ...... ........ .. 130 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 132 8. ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ ... .......... ......... .......... .. 134 8.1. Определение четырехполюсника ........ .......... ... 134 8.2. Классификация четырехполюсников ... ......... ..... 134 8.3. Основные уравнения и параметры четырехполюсников 135 8.4. Система Y -параметров ....... .......... ......... ..... 135 8.5. Система Z-параметров ....... ......... .......... ..... 137 8.6. Система A-параметров ..... .......... .......... ...... 138 8.7. Система B-параметров ......... .......... .......... .. 139 8.8. Система H-параметров .. .......... .......... ......... 140 8.9. Входное сопротивление четырехполюсника ...... .... 140 8.10. Параметры холостого хода и короткого замыкания .. . 142 8.11. Вычисление A-параметров черезпараметры холостого хода и короткого замыкания . .. ......... .......... .... 142 8.12. Схемы замещения четырехполюсника ........ ........ 143 8.13. Соединения четырехполюсников ........ .......... ... 144 8.14. Расчет A-параметров простых четырехполюсников .. 146 8.15. Характеристические сопротивления .. .......... ...... 148 8.16. Характеристическая постоянная передачи .. ......... 149 8.17. Уравнения четырехполюсника в гиперболической форме ...... .......... .......... .......... .......... .. 151 8.18. Каскадное соединение согласованных четырехполюсников ...... .......... .......... .......... .......... ... 152 8.19. Комплексные передаточные функции четырехполюсника ........ .......... .......... .......... .......... .. 153 8.20. Примеры расчета четырехполюсников ..... ......... . 154 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 160 9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ ..... .......... .......... ... 161 9.1. Определения и классификация фильтров ......... ... 161 9.2. Условие полосы пропускания реактивного фильтра .. 162 9.3. Уравнения частотных характеристик Т- и П-фильтров 163 9.4. Уравнения частотных характеристик Г-образных фильтров ......... .......... .......... ......... ....... 164 9.5. Реактивные фильтры типа «k» ......... .......... .... 164 9.6. Расчет в Mathcad АЧХ фильтра ... .......... ......... 166 9.7. Моделирование фильтров типа «k» . ......... ......... 167 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 169 10. ЛИНИИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ .... .... 170 10.1. Определение линии с распределенными параметрами 170
Стр.303
304 Оглавление 10.2. Вывод телеграфных уравнений линии с потерями ... 170 10.3. Уравнения линии для гармонического сигнала. Характеристические параметры линии ...... .......... ..... 171 10.4. Падающие и отраженные волны ........ .......... .... 172 10.5. Входное сопротивление линии . .......... .......... ... 172 10.6. Уравнения линии безпотерь ...... .......... ......... 172 10.7. Режимы работы линии безпотерь . .......... ......... 173 10.8. Расчет распределения напряжения и тока по длине линии в Mathcad . .......... .......... .......... ......... 173 10.9. Согласование линии с нагрузкой ... .......... ........ 175 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 175 11. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ B ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ .. .......... .......... .......... ......... ....... 176 11.1. Определение установившегося и переходного процесса 176 11.2. Первый закон коммутации ... .......... .......... .... 177 11.3. Второй закон коммутации ......... .......... ......... 178 11.4. Начальные условия (НУ) .. .......... .......... ....... 178 11.5. Классический метод расчета переходного процесса .. 180 11.6. Способы составления характеристического уравнения 181 11.7. Определение постоянных интегрирования . .......... 182 11.8. Переходные процессы в цепях первого порядка .. .... 183 11.9. Постоянная времени цепи ......... .......... ......... 184 11.10. Включение в RL-цепь гармонической ЭДС .. ........ 186 11.11. Включение в RC-цепь постоянной ЭДС . ......... .... 188 11.12. Дифференцирующие и интегрирующие цепи ....... .. 189 11.13. Переходные процессы в цепях второго порядка ...... 193 11.14. Декремент колебаний ......... .......... .......... .... 197 11.15. Примеры расчета переходных процессов классическим методом ....... .......... ......... .......... .......... . 198 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 201 12. ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОB .. .......... .......... .......... .......... ......... 202 12.1. Прямое преобразование Лапласа ... .......... ........ 202 12.2. Изображения простейших функций .. .......... ...... 203 12.3. Основные свойства преобразования Лапласа ... ...... 203 12.4. Расчет переходного процесса при нулевых начальных условиях ... .......... .......... .......... ......... .... 204 12.5. Операторная схема замещения участка цепи при ненулевых начальных условиях ......... .......... ........ 205 12.6. Законы Кирхгофа в операторной форме .... ......... 207
Стр.304
Оглавление 305 12.7. Способы перехода от изображения к оригиналу . ..... 208 12.8. Особенности расчета операторным методом при гармонической ЭДС ...... .......... .......... ......... ..... 209 13. ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛОВ ДЮАМЕЛЯ К РАСЧЕТУ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОB ....... ......... .......... ....... 215 13.1. Принцип наложения элементарных воздействий ..... 215 13.2. Единичная функция, переходная характеристика цепи 215 13.3. Интеграл Дюамеля первого вида .. .......... ......... 216 13.4. Импульсная функция, импульсная характеристика цепи .. ......... .......... .......... .......... ......... 218 13.5. Расчет импульсной характеристики ...... .......... .. 219 13.6. Интеграл Дюамеля второго вида .......... .......... . 220 13.7. Передаточная функция цепи ... .......... .......... .. 221 13.8. Примеры расчетов переходных процессов с использованием интегралов Дюамеля ......... .......... ...... 223 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 226 14. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ НЕГАРМОНИЧЕСКИХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ ..... .......... 227 14.1. Разложение периодических функций в ряд Фурье ... 227 14.2. Дискретные спектры ... .......... .......... .......... 228 14.3. Пример разложения функции в ряд Фурье .......... 229 14.4. Смещение функции по времени . .......... .......... . 231 14.5. Анализлинейных цепей при периодических негармонических воздействиях .......... .......... .......... . 232 14.6. Действующее значение негармонических сигналов ... 234 14.7. Мощность периодических негармонических сигналов 235 14.8. Коэффициенты характеризующие несинусоидальные периодические процессы ...... .......... ......... ..... 236 14.9. Примеры расчета цепей при периодических негармонических сигналах .... .......... .......... ......... ... 237 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 239 15. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ......... ........ 241 15.1. Принцип получения трехфазной системы ЭДС .... .. 241 15.2. Способы соединения трехфазного генератора с нагрузкой ........ .......... .......... .......... ......... 243 15.3. Симметричная нагрузка в соединении звезда–звезда . 244 15.4. Несимметричная нагрузка в соединении звезда–звезда 246 12.9. Примеры расчета переходных процессов операторным методом ....... .......... ......... .......... .......... . 210 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 214
Стр.305
306 Оглавление 15.5. Соединение треугольник–треугольник ... .......... .. 246 15.6. Выбор способа соединения потребителей ... .......... 247 15.7. Мощность в трехфазной цепи ...... .......... ........ 247 15.8. Примеры расчета трехфазных цепей .... .......... ... 248 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 251 16. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ......... ......... .......... .......... .......... ...... 252 16.1. Определение нелинейных цепей . ......... .......... ... 252 16.2. Виды нелинейных элементов в цепях постоянного тока 252 16.3. Статическое и дифференциальное сопротивление нелинейного резистора .. .......... .......... ......... ... 254 16.4. Расчет схем с нелинейными резисторами на постоянном токе ..... .......... .......... .......... ......... .. 254 16.5. Последовательное соединение двух нелинейных элементов ....... .......... .......... .......... .......... . 256 16.6. Параллельное соединение НЭ .. .......... .......... .. 256 16.7. Расчет разветвленной нелинейной цепи методом двух узлов ......... .......... .......... .......... .......... 257 16.8. Нелинейные цепи переменного тока ...... .......... .. 258 16.9. Свойства нелинейных цепей на переменном токе .... . 259 16.10. Выпрямление переменного напряжения с помощью диодов ....... .......... ......... .......... .......... .. 260 16.11. Сглаживание пульсаций выпрямленного тока ........ 261 16.12. Расчет нелинейной цепи по первой гармонике напряжения и тока . ........ .......... .......... .......... ... 262 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 263 17. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ ........ .......... ......... .......... .. 264 17.1. Определение ....... .......... .......... .......... ..... 264 17.2. Основные величины магнитного поля........... ...... 264 17.3. Закон полного тока . .......... ......... .......... ..... 265 17.4. Магнитный поток Ф черезповерхность S....... ...... 265 17.5. Основные характеристики ферромагнитных материалов ....... .......... .......... ......... .......... .. 266 17.6. Основные законы магнитных цепей .......... ........ 267 17.7. Расчет неразветвленной магнитной цепи ... ......... . 268 17.8. Расчет разветвленной магнитной цепи ...... ......... 269 Контрольные вопросы ..... .......... .......... ....... 270 18. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ......... .......... .......... 271 18.1. Классификация электрических машин .. .......... ... 271 18.2. Создание вращающегося магнитного поля ...... ..... 272
Стр.306
Оглавление 307 18.3. Вращающееся магнитное поле двухфазного тока . ... 273 18.4. Устройство асинхронного двигателя трехфазного тока 274 18.5. Магнитный поток полюса ..... .......... ......... .... 276 18.6. Конструкция ротора асинхронных машин ...... ...... 276 18.7. Принцип действия асинхронного двигателя ......... . 277 18.8. Схема замещения обмоток ротора . .......... ......... 277 18.9. Вращающий момент асинхронного двигателя .... .... 278 18.10. Оптимальное скольжение . ......... .......... ......... 279 18.11. Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности асинхронного двигателя .. .......... ....... 280 18.12. Синхронные машины переменного тока ...... ........ 280 18.13. Устройство трехфазной синхронной машины ..... ... 280 18.14. Принцип действия синхронного генератора ... ....... 281 18.15. Уравнение электрического состояния и схема замещения фазы синхронного генератора .... ......... ...... 283 18.16. Внешние характеристики синхронных генераторов .. . 284 18.17. Принцип действия и особенности работы синхронного двигателя ........ ......... .......... .......... ........ 285 18.18. Синхронные микродвигатели ..... .......... .......... 287 18.19. Электрические машины постоянного тока ...... ..... 290 18.19.1. Принцип действия машин постоянного тока в генераторном и двигательном режимах ..... ........ ....... . 291 18.19.2. Принцип действия двигателя постоянного тока (ДПТ) ...... ........ ....... ........ ........ ....... ........ . 292 18.19.3. Способы возбуждения машин постоянного тока .. 294 18.19.4. Генераторы постоянного тока независимого возбуждения . ........ ........ ....... ........ ........ ....... ... 295 18.19.5. Генераторы постоянного тока с самовозбуждением 296 18.19.6. Генераторы постоянного тока смешанного возбуждения .... ........ ........ ....... ........ ....... ........ .... 297 18.20. Двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения . ........ ......... .......... ......... 297 18.21. Механические характеристики ДПТ . .......... ...... 298 18.22. Регулировка частоты вращения ДПТ независимого и параллельного возбуждения ........ .......... ........ 298 Литература . ..... .......... .......... .......... .......... .... 299
Стр.307

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
Антиплагиат система на базе ИИ