Лекции по ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Строймех
Сопромат
Математика

Театр

Карта

Теоретические основы электротехники (ТОЭ) являются базовым общетехническим курсом для электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов. Курс ТОЭ рассчитан на изучение в течение трех семестров и состоит из двух основных частей: теории цепей (два семестра) и теории электромагнитного поля (один семестр). Данный лекционный курс посвящен первой из указанных частей ТОЭ -теории линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей. Содержание курса и последовательность изложения материала в нем в целом соответствуют программе дисциплины ТОЭ для электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов.

Цель данного курса состоит в том, чтобы дать студентам достаточно полное представление об электрических и магнитных цепях и их составных элементах, их математических описаниях, основных методах анализа и расчета этих цепей в статических и динамических режимах работы, т.е. в создании научной базы для последующего изучения различных специальных электротехнических дисциплин.

Задачи курса заключаются в освоении теории физических явлений, положенных в основу создания и функционирования различных электротехнических устройств, а также в привитии практических навыков использования методов анализа и расчета электрических и магнитных цепей для решения широкого круга задач.

В результате изучения курса студент должен знать основные методы анализа и расчета установившихся процессов в линейных и нелинейных цепях с сосредоточенными параметрами, в линейных цепях несинусоидального тока, в линейных цепях с распределенными параметрами, основные методы анализа и расчета переходных процессов в указанных цепях и уметь применять их на практике.

Знания и навыки, полученные при изучении данного курса, являются базой для освоения таких дисциплин, как: математические основы теории автоматического управления, теория автоматического управления, электропривод, промышленная электроника, электроснабжение промышленных предприятий, переходные процессы в электрических системах, электрические измерения и т. д.

При изучении дисциплины предполагается, что студент имеет соответствующую математическую подготовку в области дифференциального и интегрального исчислений, линейной и нелинейной алгебры, комплексных чисел и тригонометрических функций, а также знаком с основными понятиями и законами электричества и магнетизма, рассматриваемыми в курсе физики.

Элементы электрических цепей.

Топология электрических цепей.

Переменный ток. Изображение синусоидальных переменных.

Элементы цепи синусоидального тока, векторные диаграммы и комплексные соотношения для них.

Основы символического метода расчета. Методы контурных токов и узловых потенциалов.

Основы матричных методов расчета электрических цепей.

Мощность в электрических цепях.

Резонансные явления в цепях синусоидального тока.

Векторные и топографические диаграммы. Преобразование линейных электрических цепей.

Анализ цепей с индуктивно связанными элементами.

Особенности составления матричных уравнений при наличии индуктивных связей и ветвей с идеальными источниками.

Методы расчета, основанные на свойствах линейных цепей.

Метод эквивалентного генератора. Теорема вариаций.

Пассивные четырехполюсники.

Электрические фильтры.

Трехфазные электрические цепи: основные понятия и схемы соединения.

Расчет трехфазных цепей.

Применение векторных диаграмм для анализа несимметричных режимов. Мощность в трехфазных цепях.

Метод симметричных составляющих.

Теорема об активном двухполюснике для симметричных составляющих.

Вращающееся магнитное поле. Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей.

Линейные электрические цепи при несинусоидальных периодических токах.

Резонансные явления в цепях несинусоидального тока. Высшие гармоники в трехфазных цепях.

Переходные процессы в линейных электрических цепях. Классический метод расчета переходных процессов.

Методика и примеры расчета переходных процессов классическим методом

Определение постоянной времени. Переходные процессы в R-L-C-цепи.

Операторный метод расчета переходных процессов.

Последовательность расчета переходных процессов операторным методом. Формулы включения. Переходные проводимость и функция по напряжению

Интеграл Дюамеля. Метод переменных состояния.

Нелинейные цепи постоянного тока. Графические методы расчета.

Расчет нелинейных цепей методом эквивалентного генератора. Аналитические и итерационные методы расчета цепей постоянного тока.

Нелинейные магнитные цепи при постоянных потоках.

Общая характеристика задач и методов расчета магнитных цепей.

Особенности нелинейных цепей переменного тока. Графический метод расчета с использованием характеристик для мгновенных значений.

Графические методы расчета с использованием характеристик по первым гармоникам и действующим значениям. Феррорезонанс. Аналитические методы расчета.

Метод кусочно-линейной аппроксимации. Метод гармонического баланса.

Понятие об эквивалентном эллипсе, заменяющем петлю гистерезиса. Потери в стали. Катушка и трансформатор с ферромагнитными сердечниками.

Переходные процессы в нелинейных цепях. Аналитические методы расчета.

Понятие о графических методах анализа переходных процессов в нелинейных цепях. Методы переменных состояния и дискретных моделей.

Цепи с распределенными параметрами в стационарных режимах: основные понятия и определения.

Линия без искажений. Уравнения линии конечной длины. Определение параметров длинной линии. Линия без потерь. Стоячие волны.

Входное сопротивление длинной линии. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами.

Сведение расчета переходных процессов в цепях с распределенными параметрами к нулевым начальным условиям. Правило удвоения волны.

 

Лабораторные работы

Лабораторная работа № 2. Разветленная цепь постоянного тока

Лабораторная работа № 3. Активный двухполюсник. Линейные соотношения.
Лабораторная работа № 4. Простые цепи синусоидального тока

Лабораторная работа № 5. Переменные режима разветвленной цепи синусоидального тока

Лабораторная работа № 6. Цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами

Лабораторная работа №10. Разветвленная цепь синусоидального тока

Программы для изучения курса электротехника

Калькулятор для работы с комплексными числами
Типовые расчеты по ТОЭ

Пример экзаменационных билетов по ТОЭ

Одним из объектов изучения в сопротивлении материалов является брус. Основным геометрическим элементом бруса является поперечное сечение.
Поперечное сечение образуется секущей плоскостью, перпендикулярной оси бруса. Поперечное сечение может представлять собой как простую геомет-рическую фигуру (круг, квадрат, прямоугольник и др.), так и прокатный про-филь ( уголок, швеллер, двутавр).
В расчетах на прочность, жесткость, устойчивость используются раз-личные геометрические характеристики. Определение значений геометриче-ских характеристик зависит от формы поперечного сечения. Для простых фи-гур значения геометрических характеристик вычисляются по формулам, приве-денным в таблице 3.1. В таблицах 3.3-3.6 приведены значения геометрических характеристик стандартных профилей проката.
При перемножении эпюр по способу Верещагина определятся площадь эпюры от заданных нагрузок на каждом участке рамы или балки. В таблице 3.2 приведены площади фигур, очерченных квадратичной параболой и указаны ко-ординаты их центров тяжести.
Таблица 3.2 - Площади фигур, очерченных квадратичной параболой
Значения коэффициентов при продольном изгибе

Для выполнения расчетов на устойчивость сжатых стержней необходи-мо определять коэффициент продольного изгиба. В таблице 4.1 приведены ве-личины коэффициентов продольного изгиба в зависимости от гибкости стержня для некоторых конструкционных материалов. В таблице 4.2 приведены значе-ния коэффициентов продольного изгиба для стали в зависимости от величины расчетного сопротивления.
Для определения коэффициентов в формуле Ясинского для расчета кри-тической силы используется таблица 4.3.
Существенное влияние на величину критической силы оказывает способ закрепления стержня. При помощи таблицы 4.4 можно определить коэффици-ент приведения длины стержня в зависимости от способа его закрепления.

1 Писаренко Г.С.Сопротивление материалов: Учебник. - 5-е изд., перераб. и доп. - Киев: Вища шк., 1986. - 775 с.
2 Подскребко М.Д. Сопротивление материалов.-Мн. Дизайн ПРО, 1998. - 592 с.
3 Александров А.В. Сопротивление материалов: Учеб. пособие.- М.: Высш. шк., 2001.-560 с.
4 Винокуров Е.Ф.Справочник по сопротивлению материалов. . - Мн: Наука и техника, 1988. - 464 с.
5 Копнов В.А. Сопротивление материалов: Руководство для решения задач и выполнения лабораторных и расчётно- графических работ. / В.А.Копнов, С.Н. Кривошапко. - М.: Высш. шк., 2003. - 351 с.
6 Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т. 1. - М.: Машиностроение, 1979. - 728 с.
7 ГОСТ 8509-86. Сталь прокатная угловая равнополочная. Сортамент черных металлов. Сортовой и фасонный прокат. Ч.1. - М.: Изд-во стандартов. 1991. - 245 с.
8 ГОСТ 8510-86. Сталь прокатная угловая неравнополочная. Сортамент черных металлов. Сортовой и фасонный прокат. Ч.1. - М.: Изд-во стандартов. 1991. - 245 с.
9 ГОСТ 8239-89. Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент черных металлов. Сортовой и фасонный прокат. Ч.1. - М.: Изд-во стандартов. 1991. - 245 с.
10 ГОСТ8240-89. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент черных металлов. Сортовой и фасонный прокат. Ч.1. - М.: Изд-во стандартов. 1991. - 245 с.