Курсовая по электротехнике. Расчет электрических цепей

Энергетика
Программа развития АЭС до 2050 г
Развитие ядерной индустрии
Ядерная энергетика
Перспективы развития атомной энергетики
Физические основы ядерной индустрии
Радиация проникающая
Энергосберегающие технологии
Развитие нетрадиционной энергетики
Солнечная энергетика в России
Расчет ветродвигательных установок
Строительная механика
Курс лекций по строительной механике
Задачи по строительной механике
История искусства
Культура ранних цивилизаций
Математика
Теория функций комплексной переменной
Интегральная теорема Коши
Ряды Тейлора и Лорана
Неопределённый интеграл
Несобственные интегралы
Вычисление определенного интеграла
Двойной интеграл
Курс лекций
Вычислить двойной интеграл
Найти объем тела
Операции над матрицами
Типовой расчет
Сопромат
Лекции по сопромату
Инженерная графика
Выполнение расчетно-графической работы
Разрезы на сборочных чертежах
Выполнение эскизов деталей
Последовательность создания
сборочного чертежа
Начертательная геометрия
Лекции по черчению
Порядок выполнения основной надписи
Вычерчивание контуров деталей
Лекальные кривые
Аксонометрическая проекция
Условие видимости на чертеже
Построение теней
Конические сечения
Разверка поверхностей
Электротехника, физика
Курс лекций по физике
Курсовая по электротехнике
Лабораторные работы по электронике
Лекции по электротехнике
Лекции по электронике

Аналитическое и графическое представление синусоидальных функций напряжения и тока

Методика решения задач Последовательное соединение элементов R, L, C.

Параллельное соединение элементов RC, RL, R.

Смешанное соединение элементов R, L, C.

Задания по расчетно-графической работе №2 «Электрические цепи однофазного синусоидального тока».

Синтез активных полосовых фильтров ARC-фильтры представляют собой комбинацию пассивной RC-цепи и активного элемента. В качестве последнего чаще всего используются операционные усилители часто с двумя входами – инвертирующим и неинвертирующим. В схемах ARC-фильтров обязательно имеется обратная связь

Реализация LC-прототипа

Пример расчета активного полосового фильтра Расчет полюсов ARC-фильтра Требования к полосовому ARC-фильтру остаются теми же, что и к полосовому LC-фильтру. Поэтому на этапе аппроксимации синтеза ARC-фильтра можно воспользоваться результатами расчета LC-фильтра, полученными в разделах 3.1

Законы Кирхгофа. Для анализа работы электрических цепей широко применяются законы Кирхгофа, позволяющие составить систему уравнений и решить ее относительно неизвестных токов.

Метод узловых потенциалов.

Задача 1 Для электрической цепи, показанной на рис. 1.1 – 1.10, составить систему уравнений, необходимых для определения токов по первому и второму законам Кирхгофа, определить токи во всех ветвях, пользуясь любым известным методом расчета электрических цепей постоянного тока. Правильность решения задачи проверить, составив уравнение баланса мощности

Задача 2 На рис. 2.1 – 2.10 представлена сложная электрическая цепь однофазного синусоидального тока. Частота питающей сети 50 Гц. Параметры цепи указанны в табл. 2. Определить токи, напряжения, мощности на всех участках цепи. Построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений. Правильность решения проверить, составив уравнения баланса активной, реактивной, полной мощностей.

Задача 3 Рассчитать линейную электрическую цепь с несинусоидальной ЭДС, изменяющейся по закону: 

Изучить матрично-топологический метод формализации процесса формирования уравнений электрической цепи, освоить язык описания схем и заданий на анализ, выработать навыки подготовки исходных данных для ввода в персональный компьютер (ПК), получить практические умения для выполнения проектных процедур анализа.

Модифицированный метод узловых потенциалов, использующий одиночный граф Метод узловых потенциалов является достаточно эффективным и успешно используется для многих приложений, но он не пригоден для схем, содержащих элементы, которые не могут быть описаны через проводимость.

Описание компьютерной ПРОГРАММЫ АНАЛИЗА Программа имеет удобный графический пользовательский интерфейс для работы в среде операционной системы Windows. Вместе с решением матричных уравнений, расчетами и построением статических вольт-амперных характеристик транзистора, с помощью этой программы выполняется построение на экране монитора ПК общего графа цепи, I и V- графов, амплитудно-частотной, переходной и импульсной характеристик.

Задание к лабораторной работе

Электрические заряды. Закон Кулона Электрические заряды и электрически заряженные тела. Все вещества состоят из атомов и молекул. Важнейшими структурными элементами атомов являются элементарные частицы материи.

Электрическое поле. Напряженность электрического поля Электромагнитное поле имеет две взаимосвязанные стороны — электрическое и магнитное поля. Можно создать условия, когда в некоторой области пространства обнаруживаются или электрические, или магнитные явления.

Теорема Гаусса. Электрическое поле плоского конденсатора Поток вектора напряженности электрического поля. Для определения напряженности электрических полей, обладающих симметрией, применяется теорема Гаусса.

Электрический потенциал и напряжение На рис. 1.11 изображено электростатическое поле, создаваемое неподвижным точечным телом с положительным зарядом Q. В точку А этого поля помещена пробная частица, обладающая положительным зарядом q.

Связь между напряженностью однородного электрического поля и разностью потенциалов Каждая точка электрического поля характеризуется напряженностью Е и электрическим потенциалом ф. Первая величина численно равна силе, а вторая — потенциальной энергии единичного пробного заряженного тела, помещенного в данную точку электрического поля. Разность потенциалов двух точек поля называется электрическим напряжением. Теперь установим связь между напряженностью и электрическим напряжением.

Проводники, диэлектрики и полупроводники Проводники электрического тока. Явление электростатической индукции. Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

Электрическая емкость конденсатора Конденсатором называют устройство, состоящее из двух металлических пластин или проводников произвольной формы (обкладок), разделенных ди­электриком. Простейший по устройству плоский конденсатор об­разуется плоскими параллельно расположенными металлически­ми пластинами, разделенными слоем изоляции

Энергия заряженного конденсатора Определим энергию, запасаемую в электрическом поле конденсатора. После заряда конденсатор отключим от источника питания. Так как на пластинах конденсатора останутся заряды +Q и –Q, то на каждую из пластин будут действовать механические силы. Сила F, действующая на положительно заряженную пластину, будет создаваться полем отрицательно заряженной пластины

Параллельное соединение конденсаторов При последовательном соединении конденсаторов их эквивалентная емкость уменьшается, а общее допустимое рабочее напряжение увеличивается. Так, цепь с последовательным соединением трех конденсаторов с одинаковой емкостью 3 мкФ и допустимым рабочим напряжением 200 В можно заменить одним конденсатором емкостью 1 мкФ и допустимым рабочим напряжением 600 В.

Электрический ток Для поддержания в проводнике электрического поля к нему нужно подключить источник электрической энергии.

Электрическая цепь. Упорядоченное движение электрически заряженных частиц (или электрический ток) в проводниках возникает под действием сил электрического поля. Для возникновения тока необходима замкнутая электрическая цепь.

Пример 3.2. Определить сопротивление медных проводов телефонной линии длиной l= 28,5 км, диаметром провода d = 4 мм при температуре 20 °С. Решение. Площадь поперечного сечения провода S = πd2/4 = 3,14 • 42/4 = 12,56 мм2.

Закон Ома для электрической цепи. На рис. 3.11 дана неразветвленная электрическая цепь, где Е — электродвижущая сила источника энергии; гвн — внутреннее сопротивление источника; r— внешнее сопротивление цепи, т. е. сопротивление приемника энергии; I — сила тока в цепи.

Последовательное соединение приемников энергии Ток и напряжения на отдельных участках цепи. Приемники энергии можно соединить последовательно, параллельно и сме­шанно. При последовательном соединении условный конец первого приемника соединяется с условным началом второго, коней второго — с началом третьего и т. д.

Потенциальная диаграмма неразветвленной электрической цепи Определение потенциалов точек электрической цепи. Источник электроэнергии имеет ЭДС Е и обладает внутренним сопротивлением гвн. В расчетных схемах цепей реальный источник электроэнергии можно изображать эквивалентной схемой с последовательным соединением ЭДС Е и внутреннего сопротивления гвн (если сопротивление внешней цепи r значительно больше гвн).

Параллельное соединение приемников энергии. Первый закон Кирхгофа Кроме последовательного на практике широко применяется параллельное соединение приемников энергии Рассматривая схемы различных электрических цепей, можно выделить в них характерные участки.

Способы соединения химических источников энергии в батареи Виды источников энергии и их основные электрические характеристики. Химические источники энергии делятся на пер­вичные элементы и аккумуляторы.

Закон Джоуля — Ленца. Расчет сечения проводов по допустимому нагреву Электрический ток — это упорядоченное движение электрически заряженных частиц, которые при движении сталкиваются с атомами и молекулами вещества, отдавая им часть своей кинетической энергии.

Расчет проводов по допустимой потере напряжения Потеря напряжения в соединительных проводах. При расчете проводов по допустимой потере напряжения обычно заданы: напряжение источника энергии U1, расстояние l от этого источника до места потребления энергии, сила тока I (или мощность Р) приемников и напряжение U, необходимое для нормальной работы приемников (например, ламп накаливания, электродвигателей и т. д.).

Сложные электрические цепи постоянного тока Электрические цепи с последовательно-параллельным соеди­нением приемников энергии при питании их от одного источника электрической энергии, а также одноконтурные цепи называют простыми цепями.

Метод узлового напряжения Определение узлового напряжения и токов. Потребители электрической энергии (лампы, электродвигатели и т.д.) соединяются параллельно. Часто общая мощность включенных приемников становится больше той, которую может отдать в сеть источник энергии. В таких случаях для увеличения мощности при неизменном напряжении источники энергии включают параллельно.

Четырехполюсники Основные уравнения четырехполюсника. Четырехполюсником называют электрическую цепь, имеющую два входных и два выходных зажима. К входным зажимам 1—1' присоединяется ис­точник электрической энергии, а к выходным 2—2' — приемник с сопротивлением гн

Направление магнитного поля. За направление магнитного поля в заданной точке принимается такое, которое укажет северный конец магнитной стрелки, помещенной в эту точку.

Закон полного тока Магнитное поле и электрический ток Неразрывно связаны друг с другом. Значит, напряженность, индукция и поток зависят от тока. Зависимость между напряженностью магнитного поля и током можно установить, применив закон полного тока.

Магнитное поле кольцевой и прямой катушек Магнитное поле кольцевой катушки. Воспользуемся законом полного тока для определения напряженности магнитного поля кольцевой катушки с током I, имеющей w равномерно распределенных витков

Намагничивание и перемагничивание ферромагнитных материалов Кривая первоначального намагничивания и петля гистерезиса. Ферромагнитные материалы, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т.е. сами становятся источниками магнитного поля.

Законы магнитной цепи Закон Ома для магнитной цепи. Устройство, содержащее сердечники из ферромагнитных материалов, через которые замы кается магнитный поток, называется магнитной цепью. Различают неразветвленные и разветвленные магнитные цепи

Явление электромагнитной индукции. Значение индуцированной электродвижущей силы Электродвижущая сила в проводе и контуре. В проводе, который при движении в магнитном поле пересекает магнитные линии, возбуждается электродвижущая сила (ЭДС) электромагнитной индукции.

Преобразование электрической энергии в механическую Действие магнитного поля на проводник с током. В однородное магнитное поле перпендикулярно его направлению поместим прямолинейный проводник (рис. 9.8) и подведем к нему

Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность Значение и направление индуцированной ЭДС.

Период и частота переменного тока При передаче и распределении электрической энергии возникает необходимость в применении различных напряжений: высокого — для передачи энергии на большие расстояния и низкого — для питания приемников энергии.

Действующее и среднее значения переменного тока Действующее значение переменного тока. При расчетах и электрических измерениях широко применяется действующее значение переменного тока I. Для его определения можно исходить из теплового действия переменного тока в электрической цепи.

Векторная диаграмма Расчет цепей переменного тока облегчается, если изображать синусоидально изменяющиеся токи, напряжения, ЭДС вращающимися векторами.

Цепь с сопротивлением Уравнения и графики тока и напряжения. Векторная диаграмма. Электрическая цепь переменного тока характеризуется тремя параметрами: активным сопротивлением г, индуктивностью L и емкостью С.

Поверхностный эффект и эффект близости Постоянный ток распределяется по поперечному сечению проводника равномерно, т. е. имеет одинаковую плотность во всех точках этого сечения. Сопротивление постоянному току вычисляют по формуле R =. Плотность переменного тока неодинакова. Она возрастает от минимального значения на оси провода до максимального на его поверхности.

Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью Векторная диаграмма тока и напряжений. Реальная катушка любого электротехнического устройства имеет два параметра: активное сопротивление г и индуктивность L. Поэтому в схеме замещения реальную катушку можно представить активным г и реактивным L элементами, соединенными последовательно

Цепь с активным сопротивлением и емкостью Векторная диаграмма тока и напряжений.

Собственные колебания в контуре Колебательный контур. В цепи с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости можно получить резонанс напряжений. Для понимания этого явления очень важно иметь представление о процессах, происходящих в колебательном контуре.

Цепь с двумя параллельно соединенными катушками индуктивности Векторная диаграмма напряжения и токов. Параллельное соединение приемников (двигателей, осветительных устройств, бытовых приборов) находит самое широкое применение. Все приемники при этом включаются в общую сеть переменного тока с определенным напряжением U. Рассмотрим цепь с параллельным соединением двух катушек индуктивности

Общий случай цепи с параллельными ветвями Резонанс токов . Векторная диаграмма напряжения и токов. Резонансная частота. Вернемся к параллельному соединению катушки индуктивности и конденсатора (см. рис. 13.3). В § 13.2 указывалось, что в цепи при равенстве составляющих токов Ip1 = Iр2 возникает резонанс токов.

Определение и расчет коэффициента мощности. При активной нагрузке, к которой можно отнести лампы накаливания, нагревательные приборы, ток и напряжение совпадают по фазе (ф=0). При этом активная мощность Р = UIcosф= UI = S, т. е. равна полной мощности.

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛЕКСНЫХ ЧИСЕЛ

Общие сведения о комплексных числах Алгебраическая форма. Для расчета цепей переменного тока широко используются комплексные числа. Для этого изменяющиеся синусоидально ЭДС, напряжения и токи, а также сопротивления, проводимости и мощности изображаются комплексными числами.

Трехфазная симметричная система ЭДС Производство, передача и распределение электроэнергии в настоящее время осуществляются в основном посредством трехфазных систем. В разработку трехфазных систем большой вклад внесли ученые и инженеры разных стран.

Соединение обмоток трехфазного генератора треугольником Электрическая схема соединения обмоток генератора треугольником. Для соединения обмоток генератора треугольником (рис. 15.10) конец первой обмотки X соединяют с началом второй В, конец второй Y — с началом третьей С и конец третьей Z — с началом первой А.

Роль нейтрального провода при соединении приемников энергии звездой Обрыв фазы приемника при отключенном нейтральном проводе. Ранее были рассмотрены свойства трехфазной системы при соединении приемников энергии звездой. При симметричной нагрузке, когда ZA= ZB = ZC, отключение нейтрального провода не меняет режима работы электрической цепи.

Соединение приемников энергии треугольником Соединение треугольником осветительной нагрузки и обмоток электродвигателя

Вращающееся магнитное поле трехфазной системы Получение вращающегося магнитного поля. Одним из основных достоинств трехфазной системы является возможность получения вращающегося магнитного поля, которое широко применяется в электрических машинах, измерительных приборах и аппаратах переменного тока.

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫЕ ТОКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Причины возникновения несинусоидальных напряжений и токов Графики несинусоидальных токов. Ранее были рассмотрены электрические цепи при постоянных и синусоидальных напряжениях и токах. В автоматике, телемеханике и связи, в различной аппаратуре электронной и вычислительной техники широко используют периодические несинусоидальные токи и напряжения.

Расчет электрической цепи при несинусоидальном напряжении Замена источника несинусоидального напряжения рядом последовательно соединенных источников. Рассмотрим расчет линейных электрических цепей, находящихся под несинусоидальным напряжением. Допустим, что к цепи, состоящей из последовательно соединенных активного сопротивления г, индуктивности L и емкости С

КАТУШКА С ФЕРРОМАГНИТНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ТРАНСФОРМАТОРЫ

Кривые напряжения, тока и магнитного потока в катушке с ферромагнитным сердечником Магнитный поток и напряжение катушки с ферромагнитным сердечником. В различных электротехнических устройствах (трансформаторах, электрических машинах и т.д.) широко применяются катушки с ферромагнитными сердечниками. Если по обмотке такой катушки проходит переменный ток i, то в ее сердечнике возникает переменный магнитный поток Ф.

Полная векторная диаграмма. Схема замещения катушки с ферромагнитным сердечником Полная векторная диаграмма. До сих пор не учитывалось активное сопротивление катушки и считалось, что весь ее магнитный поток замыкается по стальному сердечнику. Однако обмотка катушки обладает некоторым активным сопротивлением, а часть магнитных линий замыкается по воздуху, образуя магнитный поток рассеяния Фр

Однофазный трансформатор Устройство и принцип действия. Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Закон коммутации До сих пор были рассмотрены процессы, происходящие в электрических цепях постоянного, синусоидального и периодического несинусоидального токов при установившихся режимах. При этом токи и напряжения оставались постоянными или изменялись по периодическому закону длительное время.

Короткое замыкание участка цепи с сопротивлением и индуктивностью Включение цепи с сопротивлением и индуктивностью к источнику с постоянным напряжением

Сложение взаимно перпендикулярных колебаний Допустим, что материальная точка может совершать колебания как вдоль оси Х, так и вдоль перпендикулярной к ней оси у. Если возбудить оба колебания, материальная точка будет двигаться по некоторой, вообще говоря, криволинейной траектории, форма которой зависит от разности фаз обоих колебаний.

Затухающие колебания. Вынужденные колебания

Оптика Примеры решения задач

Пример. От двух когерентных источников S1 и S2 (λ=0,8 мкм) лучи попадают на экран. На экране наблю­дается интерференционная картина. Когда на пути одно­го из лучей перпендикулярно ему поместили мыльную пленку (n=1,33), интерференционная картина изменилась на противоположную.  При какой наименьшей толщине dmin пленки это возможно?

Пример. Электрон в атоме водорода перешел с четвертого энергетического уровня на второй. Определить энергию испущенного при этом фотона.

Пример 4. Определить теплоту ΔQ, необходимую для нагревания кристалла NaCl массой m=20г от температуры T1=2 К до температуры T2=4 К. Характеристическую температуру Дебая во для NaCl принять равной 320 К и условие T<<ΘD считать выполненным.

Глаз как оптическая система. Световые лучи преломляются хрусталиком глаза, который представляет собой двояковыпуклую линзу. Изображение предмета, рассматриваемого глазом, формируется на сетчатке; оно является действительным, уменьшенным и перевернутым.

Фокусное расстояние объектива медицинского микроскопа F1 = 1 см, окуляра F2 = 3 см. Оптическая длина тубуса микроскопа ∆ = 12 см. Определить увеличение микроскопа, принимая расстояние наилучшего зрения D = 25 см.

Определить концентрацию сахара в моче больного сахарным диабетом, если угол поворота плоскости поляризации светового луча в пробе мочи составляет φ = 7°, длина трубки l = 15 см, а удельное вращение сахара для используемого света α = 6,67 град∙см2/г.

В паразитологии при исследовании микроорганизмов методом лазерной дифрактометрии используется световой пучок лазера с длиной волны 0,6 мкм. Определить угол отклонения луча лазера в спектре первого порядка на дифракционной решетке с периодом 0,01 мм.

Над операционным столом на высоте 2 м расположен осветитель-рефлектор, лучи которого падают перпендикулярно поверхности стола. Какова должна быть минимальная сила света, испускаемая рефлектором, чтобы освещенность операционного поля была не менее 200 лк?

При определении концентрации раствора кровяной сыворотки проводится градуировка фотоэлектроколориметра. Длина кюветы с раствором 5 см. Определить натуральный монохроматический показатель поглощения раствора, если он поглощает 40% входящего в него светового потока. Рассеянием света и его поглощением стенками кюветы пренебречь.

При работе аппарата для франклинизации ежесекундно в 1 см3 воздуха образуется n = 500000 легких аэроионов. Определить работу ионизации, необходимую для создания в V = 225 см3 воздуха такого же количества аэроионов за время лечебного сеанса (t = 15 мин). Потенциал ионизации молекул воздуха считать равным φ = 13,54 В. Условно принять воздух однородным газом.

При проведении процедуры гальванизации величина постоянного тока через пациента не должна превышать I = 50 мА. Каково должно быть предельно допустимое значение напряжения на электродах, если электросопротивление тела человека составляет R = 1,2 кОм ?

При введении жидких лекарственных препаратов через кожу (электрофорез) используется постоянный ток напряжением U = 6 В, которое подается на электроды площадью S = 12 см2. Сопротивление участка тела между электродами составляет R = 104 Ом. Определить плотность тока электрофореза.

Для калибровки установки по магнитотерапии используется рамка площадью S = 8 см2, помещаемая между излучателями. Какова индукция магнитного поля, создаваемого между излучателями, если при силе тока I = 0,2 А на рамку действует максимальный вращающий момент М = 4∙10-6 Н∙м?

Магнитотерапия суставов проводится с помощью кольцевого электромагнита сечением S = 100 см2. Какое количество витков содержит катушка, если при изменении магнитной индукции на ΔΦ = 0,2 Тл в течение Δt = 0,005 с в ней возбуждается ЭДС E = 12 В?

Медицинский стерилизатор сопротивлением R = 62 Ом включен в сеть напряжением U = 220 В и частотой ν = 50 Гц. Записать уравнения временной зависимости напряжения U(t) и силы тока I(t) в цепи

Колебательный контур аппарата для терапевтической диатермии состоит из катушки индуктивности и конденсатора емкостью 30 пФ. Определить индуктивность катушки, если частота генератора равна 1 МГц.

Для человека верхний предел безболезненно воспринимаемого потока световой энергии составляет p = 2·10-5 Вт. Сколько при этом попадает в глаз за t = 1 с фотонов с длиной волны λ = 555 нм?

Сопромат, механика, информатика. Теория, практика, задачи Математика, физика