Файл: Высшего образования московский технологический институт.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 620
Скачиваний: 28
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
высшего образования
«МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
| | |
Примерный перечень вопросов государственного экзамена
Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Направленность «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий»
Вопросы по «Теоретические основы электротехники»
-
Электрический ток. ЭДС. Электрическое напряжение. Падение напряжения. Элементы электрической цепи. Неразветвленная и разветвленная электрические цепи.
Электрический ток - направленное движение частиц - носителей электрического заряда. Последующее электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а посредством электромагнитного поля.
ЭДС - скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.
Падение напряжения - постепенное уменьшение напряжения вдоль проводника, по которому течёт электрический ток, обусловленное тем, что проводник обладает активным сопротивлением. Под падением напряжения также понимают величину, на которую меняется потенциал при переходе из одной точки цепи в другую.
Элементы электрической цепи - это такие идеализированные устройства в электрической цепи, которые отображают какое-либо из свойств реальной электрической цепи. Элементы электрической цепи делятся на:
Активные — источники ЭДС, электродвигатели, аккумуляторы во время зарядки
Пассивные — электроприемники, соединительные провода.
Неразветвленная электрическая цепь – это электрическая цепь, характеризующаяся тем, что на всех ее участках протекает один и тот же ток.
Простейшая разветвленная линия включает в себя три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь определяют как участок цепи, который образован последовательно соединенными элементами, заключенными между двух узлов. Узел – это точка, в которой сходятся три ветви. Если на схеме при пересечении двух прямых поставлена точка, в этом месте есть электрическое соединение двух линий. Если узел не обозначен – цепь неразветвленная.
-
Электрическая цепь постоянного тока и её основные свойства (напряжение источника, электрический ток, электрическая мощность, закон Кулона, закон Джоуля - Ленца, закон Ома для участка цепи и полной цепи, законы Кирхгофа и др.)
Первый закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма токов сходящихся в узле равно нулю.где n – число ветвей, сходящихся в узле.
До написания уравнения необходимо задать условные положительные направления токов в ветвях, обозначив эти направления на схеме стрелками. Токи, направленные к узлу, записываются со знаком плюс, а токи, направленные от узла, со знаком минус.
Иначе первый закон Кирхгофа может быть сформулирован: сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из узла:
Второй закон Кирхгофа
Отражает физическое положение, состоящее в том, что изменение потенциала во всех элементах контура в сумме равно нулю.
Алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре электрической цепи постоянного тока равна алгебраической сумме падений напряжений на всех сопротивлениях, входящих в этот контур.
где n – число ЭДС в контуре; m – число сопротивлений в контуре.
При составлении уравнений по второму закону Кирхгофа предварительно задают условные положительные направления токов во всех ветвях электрической цепи и для каждого контура выбирают направление обхода. Если при этом направление ЭДС совпадает с направлением обхода контура, то такую ЭДС берут со знаком плюс, если не совпадает – со знаком минус. Падение напряжения со знаком плюс, если положительное направление тока в данном элементе цепи совпадает с положительным направление обхода контура, а со знаком минус, если такого совпадения нет.
Иная формулировка второго закона Кирхгофа – сумма падений напряжений на всех элементах контура, включая источник ЭДС, равна нулю:
Если в ветви имеется n последовательно соединенных элементов с сопротивлением Rk, то
То есть падение напряжения на участке цепи или напряжение между зажимами ветви, состоящей из последовательно соединенных элементов, равно сумме падений напряжений на этих элемента.
Постоянный ток. Работа и мощность. Закон Джоуля – Ленца.
Работа электрического поля по перемещению заряда ∆ q из одной точки в другую равна произведению напряжения U между этими точками на величину заряда Dq: A=DqU
Учитывая, что Dq = IDt получаем: A= IUDt = I 2 RDt = Dt
При прохождении тока через проводник происходит его нагревание, значит электрическая энергия переходит в тепловую.
Закон Джоуля – Ленца гласит: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивлению проводника и времени.
Q = I 2 R t – закон Джоуля – Ленца.
Закон открыт экспериментально независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Х.Ленцем. Q = А – по закону сохранения энергии.
Мощность электрического тока равна работе, которая совершается током за единицу времени.
Закон Ома.
Закон Ома для участка цепи без источника. Сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
-
Мощность электрической цепи постоянного тока. Баланс мощностей
В цепях, где действует постоянный ток, характеристики напряжения и силы тока будут одинаковы и стабильны в любой момент времени.
Мощность в электрических цепях с постоянным током вычисляется по формуле: P=I*U, где I - сила постоянного тока, а U – напряжение в цепи постоянного тока.
Баланс мощности.
Мощность характеризует интенсивность преобразования энергии одного вида в другой за единицу времени.
Для цепи постоянного тока мощность источника:
А приемника
На основании закона сохранения энергии мощность, развиваемая источниками электроэнергии, должна быть равна сумме мощностей всех приемников и потерь в источниках из-за внутренних сопротивлений. При этом: если направление ЭДС и тока совпадают, то EI в сумме записываются со знаком «+». Для схемы рис. 5 при выбранных направлениях токов:
-
Последовательное, параллельное и смешанное соединение резистивных элементов. Преобразование соединения треугольником в эквивалентное соединение звездой и обратно
Последовательное соединение в цепи
Большое количество электрических цепей состоят из нескольких приемников тока. Если эти элементы соединены друг с другом последовательно, то конец одного приемника присоединен к началу другого. Это последовательное соединение системы.
Сопротивление в этой электрической цепи приравнивается к сумме сопротивлений всех проводников системы. Они удлиняют пути прохождения тока, который будет одинаковым на отдельных участках системы.
Схема электрической цепи в классическом варианте содержит последовательно присоединенные проводники и нагляднее всего описывается таким прибором, как электрогирлянда.
Недостатком такой системы является тот факт, что в случае выхода из строя одного проводника, система не будет работать вся целиком.
Параллельное соединение цепи
Схема электрической цепи параллельного типа соединения элементов является системой, в которой начало содержащихся в ней проводников соединяются в одной точке, а концы их - в другой. Электрический ток в такой электрической системе имеет несколько вариантов пути прохождения. Он распределяется обратнопропорционально сопротивлению приемников энергии.
Если у потребителей величина сопротивления одинаковая, то через них будет проходить одинаковый ток. В случае когда у одного приемника энергии сопротивление меньше, через него может пройти больше тока, чем через другие элементы системы.
Электрическая цепь и электрический ток, протекающий по ней, характеризуют электромагнитные процессы при помощи напряжения и силы тока. Сумма отдельно взятых элементов системы будет равна току в точке их соединения.
Присоединяя к такой цепи новые элементы, сопротивление системы будет уменьшаться. Это связано с увеличением общего сечения проводников при соединении нового потребителя электроэнергии. Позитивной характеристикой такого способа соединения цепи является автономность каждого элемента.
При отключении одного потребителя, совокупное сечение проводников уменьшается, а сопротивление электрической цепи становится большим.
Смешанное соединение в цепи
Смешанный вариант соединения довольно распространен в сфере производства электротехники.
Эта цепь содержит в себе одновременно принцип последовательного и параллельного присоединения проводников.
Чтобы определить сопротивление нескольких потребителей такой схемы, находят отдельно сопротивление всех параллельно и последовательно присоединенных проводников. Их приравнивают к единому проводнику, что в итоге упрощает всю схему.
Во многих схемах можно встретить такие конфигурации компонентов, в которых невозможно выделить последовательные или параллельные цепи. К этим конфигурациям относятся соединения компонентов в виде звезды (Y) и треугольника (Δ):
Очень часто, в ходе анализа электрических цепей, оказывается полезным преобразовать треугольник в звезду или, наоборот, звезду в треугольник. Практически, чаще возникает необходимость преобразования треугольника в звезду. Если при замене одной из этих схем другой не изменяются потенциалы одноименных точек и подтекающие к ним токи, то во внешней цепи также не произойдет никаких изменений. Иными словами, эквивалентные Δ и Y цепи ведут себя одинаково.
Существует несколько уравнений, используемых для преобразования одной цепи в другую:
Δ и Y цепи очень часто встречаются в 3-фазных сетях переменного тока, но там они, как правило, сбалансированы (все резисторы равны по значению) и преобразование одной цепи в другую не требует таких сложных расчетов.
-
Метод расчета электрических цепей методом эквивалентных сопротивлений (метод свертывания цепи)
Метод эквивалентных сопротивлений применяется для расчета таких электрических цепей, в которых имеются пассивные элементы, включенные между собой последовательно, параллельно или по смешанной схеме. Метод заключается в последовательной замене отдельных групп сопротивлений одним эквивалентным до получения самой простой схемы (см. рис. 13г). Затем определяется каждый ток в цепи.