Основы электротехники. Презентация на тему "общая электротехника и электроника" Презентация на тему электротехника

Содержание Понятие об электрическом токе Физические величины Распределение электроэнергии Закон Ома Степень IP Степень IK

Понятие об электрическом токе Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц. Электрический ток это?

Понятие об электрическом токе Как создать направленное движение заряженных частиц? Для поддержания электрического тока в проводнике необходим внешний источник энергии, который все время поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника. Такими источниками энергии служат так называемые источники электрического тока, обладающие определенной электродвижущей силой (ЭДС) , которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов на концах проводника.

Понятие об электрическом токе Во всех ли веществах возможно движение заряженных частиц? Проводник Полупроводник. Диэлектрик это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля это тело не содержащее внутри свободные электрические заряды. В изоляторах электрический ток невозможен металлы, растворы солей и кислот, влажная почва, тела людей и животных стекло, пластик, резина, картон, воздух это материал, проводящий ток, только при определенных условиях кремний и сплавы на его основе

Понятие об электрическом токе Постоянный ток (DC) постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени по направлению. Источниками постоянного тока являются гальванические элементы, аккумуляторы и генераторы постоянного тока. Переменный ток (AC) переменным называется электрический ток, величина и направление которого изменяются во времени. Область применения переменного тока намного шире, чем постоянного. Это объясняется тем, что напряжение переменного тока можно легко понижать или повышать с помощью трансформатора, практически в любых пределах. Переменный ток легче транспортировать на большие расстояния.

Физические величины Напряжение Сила тока Сопротивление Частота Активная мощность Реактивная мощность Полная мощность

Напряжение (U) между двумя точками – разность потенциалов в различных точках электрической цепи, обусловливающая наличие в ней электрического тока. Единица измерения — Вольт (В) 1 В = 1 Дж/Кл

Сила тока (I) — величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шел ток. Единица измерения — Ампер (А)

Сопротивление (R) – физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Единица измерения — Ом (Ом)

Частота (f) – определяет количество колебаний тока в секунду. Единица измерения — Герц (Гц) 50 Гц

Мощность Электрическая мощность - физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Вт ВАР ВА Q = U ∙ I ∙ sin φ P = U ∙ I ∙ cos φ S=U ∙ I

Распределение электроэнергии Линейное напряжение (U л) — это напряжение между двумя фазными проводами (380 В) Фазное напряжение (U ф) — это напряжение между нулевым проводом и одним из фазных (220 В)

Закон Ома: физический закон, определяющий связь между Электродвижущей силой источника или напряжением с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома. Суть закона проста: порождаемый напряжением ток обратно пропорционален сопротивлению, которое ему приходится преодолевать, и прямо пропорционален порождающему напряжению. Формула закон Ома для участка цепи: I= U R

Диаграмма, помогающая запомнить закон Ома. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления. Закон Ома

IP и IK Степень защиты IP , состоящая из двух букв и двух последующих цифр. Код IP указывает степень защиты от контакта с токопроводящими частями, проникновения посторонних твердых тел, а также жидкостей. Степень защиты IK состоит из двух букв и двух последующих цифр. Код IK указывает степень защиты от внешних механических ударов.

Степень IP 1. Защита от проникновения твердых тел размером более 50 мм (пример: случайный контакт с рукой) 2. Защита от проникновения твердых тел размером более 12 мм (пример: контакт с пальцами) 3. Защита от проникновения твердых тел размером более 2, 5 мм (пример: контакт с инструментами, проводами) 4. Защита от проникновения твердых тел размером более 1 мм (пример: контакт с небольшими инструментами, тонкими проводами) 5. Защита от проникновения пыли (безвредный налет) 6. Полная пыленепроницаемость0. Нет защиты

Степень IP 1. Защита от вертикально падающих капель воды (конденсация) 2. Защита от капель воды, падающих под вертикальным углом до 15 о 3. Защита от распыления воды под вертикальным углом до 60 о 4. Защита от распыления воды с любой стороны 5. Защита от струй воды, поступающих под небольшим давлением со всех сторон 6. Защита от мощных струй воды и волн 7. Защита от проникновения жидкости при временном погружении 8. Защита от проникновения жидкости при длительном погружении под давлением 0. Нет защиты

Степень IK 01 — Энергия удара 0, 150 Дж 02 — Энергия удара 0, 200 Дж 03 — Энергия удара 0, 350 Дж 04 — Энергия удара 0, 500 Дж 05 — Энергия удара 0, 700 Дж 06 — Энергия удара 1, 00 Дж 07 — Энергия удара 2, 00 Дж 08 — Энергия удара 5, 00 Дж 09 — Энергия удара 10, 00 Дж 10 — Энергия удара 20, 00 Дж

Слайд 2

Содержание курса ТОЭ ФИБС весенний семестр 2013-14

7. Передаточная функция цепи и основные характеристики цепи 7.1. Нормирование параметров цепи 7.2. ПФ цепи и ее свойства 7.3. Виды частотных характеристик 7.4. Связь полосы пропускания RLC-контура с его добротностью 7.5. Понятие о фильтрах 8. Анализ УПР в цепи 8.1. Периодические сигналы и их спектры 2

Слайд 3

8.1.1. Формы записи РФ 8.1.2. Дискретные спектры периодических сигналов 8.1.3. Использование преобразования Лапласа для анализа УПР в цепи 8.2. Мощность и действующее значение РФ 8.2.1. Мощность 8.2.2. Действующее значение 8.3. Методы анализа УПР 8.3.1. Анализ УПР в цепи с использованием РФ 8.3.2. РФ в замкнутой форме 9. Анализ цепей спектральным методом 3

Слайд 4

9.1. Апериодические сигналы и их спектры 9.1.1. Переход от периодического сигнала к апериодическому 9.1.2. Спектральные характеристики апериодических сигналов 9.1.3. Примеры спектров основных сигналов 9.2. Критерии ширины спектра сигнала 9.2.1. Энергия сигнала и критерии ширины спектра сигнала 9.2.2. Связь ширины спектра с длительностью сигнала 9.2.3. Связь ширины спектра с крутизной сигнала 9.3. Приближённый расчёт сигнала по спектру 9.3.1. Расчет сигнала по его амплитудному и фазовому спектру 9.3.2. Связь сигнала с его мнимым и вещественным спектром 4

Слайд 5

9.4. Спектральный метод расчёта цепей 9.4.1. Общая характеристика спектрального метода расчёта цепей 9.4.2. Свойства идеальных цепей 9.4.3. Характеристики реальных цепей 9.5. Спектры амплитудно-модулированных сигналов 10. Анализ четырёхполюсников и активных цепей 10.1. Общая характеристика пассивных четырёхполюсников 10.1.1. Уравнения ЧП 10.1.2. Расчет ПФ и соединения ЧП 10.1.3. Симметричный четырёхполюсник в согласованном режиме 5

Слайд 6

10.2. Расчет цепей с зависимыми источниками 10.2.1. Общая характеристика активных элементов и цепей 10.2.2. Схемы замещения необратимых ЧП 10.2.3. Особенности методов расчета цепей с ЗИ 10.3. Расчет цепей с ОУ 10.3.1. ОУ и его свойства 10.3.2. Использование операционных усилителей для реализации основных математических операций 10.3.3. Особенности расчета цепей с ОУ 11. Анализ нелинейных цепей 6

Слайд 7

11.1. Общая характеристика нелинейных цепей 11.1.1. Исходные понятия 11.1.2. Классификация НЦ 11.2. Методы расчета НЦ 11.2.1. Графический метод расчета R-цепей 11.2.2. Аналитический расчет R-цепей 11.2.3. Расчет R-цепей с диодами 11.2.4. Общая характеристика расчёта нелинейных динамических цепей 7

Слайд 8

Курсовая работа ФИБС 2013-14

В методичке (Курсовое проектирование по теории электрических цепей / Уч.пос. для самост.раб.ст. СПб, 1996. («№9222» З 21/К 93)) тема № 4, в электронной версии методички тема № 2 (номер варианта сообщается преподавателем, ведущим практические занятия) с возможными изменениями схемы и вида входного сигнала на усмотрение преподавателя. Курсовая работа оформляется в соответствии с правилами, изложенными во введении к учебному пособию. Защита курсовой работы принимается преподавателем, ведущим практические занятия до начала экзаменационной сессии. Студент, не защитивший курсовую работу до экзамена не допускается. 8

Слайд 9

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИлекция №9

Глава 7. Передаточная функция цепи и основные характеристики цепи 7.1. Нормирование параметров цепи Цели нормировки(масштабирования): Перейти к безразмерным параметрам: ,близким к 1, т.е. уменьшить разброс параметров цепи. Получить максимально однотипные формулы для одинаковых классов цепей. Типы нормировки: Нормирование по времени (по частоте). нормированное, безразмерное время, где какой-либо характерный интервал, например, постоянная времени для цепи 1-го порядка или время импульса входного сигнала. 9

Слайд 10

Нормированная частота, т.е. , т.е. , т.е. нормирование по времени обратно нормированию по частоте. 2) Нормирование по уровню сопротивления, базисная величина характерное сопротивление цепи, например, в цепи 1-го порядка или сопротивление нагрузки. 3) Нормирование по уровню сигнала, базисная величина максимальное значение входного сигнала. Этот тип нормировки основан на свойстве пропорциональности линейных цепей. Каждая нормировка уменьшает число параметров цепи на 1. Параметры цепи: , т.е. , аналогично дуально. 10

Слайд 11

В курсовом за базисные величины принять, . Нормировать все -элементы, нормировать уровень сигнала не надо. Следует учесть: (килоОмы) кОм = Ом; (миллиГенри) мГн = Гн; (пикоФарады) пФ = Ф. См. пример в электронном варианте курсовой. 11

Слайд 12

7.1. Передаточная функция цепи и ее свойства По теореме свертки преобразования Лапласа имеем: здесь введено обозначение. Найдем изображение переходной характеристики Определение:Передаточной функцией цепи (ПФ) называется отношение изображения реакции к изображению единственного в цепи воздействия при нулевых ННУ. 12

Слайд 13

Свойства: ПФ является изображением ИХ цепи Свойство 1 называют вторым определением ПФ ПХ находят как интеграл ИХ. По ПФ находят частотные характеристики цепи Для перехода к МКА от операторного метода достаточно провести формальные замены 4. ПФ полностью определяет ДУ цепи, знаменатель ПФ – характеристический полином. Вывод: ПФ связывает все основные характеристики цепи. Замечание: ИН подключен к пассивному ДП, найдем входной ток. 13

Слайд 14

7.3. Виды частотных характеристик Определение:Обобщенной ЧХ или просто ЧХ цепи называется отношение комплексной амплитуды реакции к комплексной амплитуде единственного в цепи воздействия в УСР. Т.к. ЧХ – комплексная функция, ее можно представить в алгебраической и показательной форме: АЧХ ФЧХ ВЧХ МЧХ 14

Слайд 15

Очевидны соотношения между ними =arg=фаза =Re 5) АФХ Замечание: АФХ содержит полную информацию о всех видах характеристик, ее строят или по АЧХ и ФЧХ или по ВЧХ и МЧХ и проставляют необходимые частоты. Выводы по ЧХ: АЧХ содержит полную информацию об отношении амплитуд синусоид на выходе и входе в УСР. 15

Слайд 16

2) ФЧХ содержит полную информацию о сдвиге фаз синусоид реакции и воздействия в УСР. Замечание: на практике АЧХ снимают с помощью двух приборов (на входе и выходе), а ФЧХ с помощью двухлучевого осциллографа. Пример: АЧХ ФЧХ 16

Слайд 17

Построим качественно графики характеристик: Замечание: графики АЧХ и ФЧХ построены качественно по 3-м точкам. График АФХ построен на комплексной плоскости по АЧХ и ФЧХ. 17

Слайд 18

Замечание: необходимо уметь контролировать ЧХ цепи по эквивалентным схемам цепи на характерных частотах. 18

Слайд 19

7.4.Связь полосы пропускания RLC-контура с его добротностью Определение:Полосой пропускания (ПП) обычно называют диапазон частот в районе максимума АЧХ, в котором. Замечание: граничные частоты полосы пропускания часто называют частотами среза 19

Слайд 20

Дадим трактовку граничным частотам: при резонансной частоте: , . На границе ПП, . Уменьшается на границе ПП в раз. падает в 2 раза. Найдем ПП, т.е. 1) () , т.е. , т.е. , т.е. «+» 20

Слайд 21

2) () , т.е. , т.е. + = Q= Выводы: чем больше добротность резонансного контура, тем меньше его полоса пропускания. Замечание:1) , т.е. от C не зависит, следовательно, при настройке в резонанс при изменении емкости полоса пропускания не изменяется. 21

Слайд 22

2) Зная график АЧХ можно найти все параметры контура. 7.5. Понятие о фильтрах Рассмотрим ЧП Определение:Четырехполюсником (ЧП) называется часть цепи, имеющая 2 пары внешних выводов (полюсов). Определение:Фильтром называется ЧП, у которого в некоторой полосе частот, называемой ПП, АЧХ обычно изменяется от 1 до 0,707 или от до а в остальной полосе частот, называемой полосой задерживания (ПЗ) АЧХ быстро затухает. Определение:Фильтр называется идеальным, если у него в ПП АЧХ=1, а в ПЗ АЧХ=0. Замечание: идеальный фильтр реализовать невозможно хотя бы потому, что его ЧХ не является дробно-рациональной функцией от обобщенной частоты как это должно быть у реальных цепей. 22

Слайд 23

Классификация фильтров: рассмотрим классические симметричные фильтры типа «к» ФНЧ – фильтр нижних частот, пропускает на низких частотах Трактовка поведения цепи на характерных частотах: , т.е. КЗ; , т.е. ХХ 23

Слайд 24

2) , т.е. ХХ; , т.е. КЗ 2. ФВЧ – фильтр верхних частот, пропускает на высоких частотах Трактовка дуальна 24

Слайд 25

3. ППФ – полосовой пропускающий фильтр, пропускает сигнал в некотором диапазоне частот 4. ПЗФ – полосовой заграждающий фильтр, не пропускает сигнал в некотором диапазоне частот 25

Слайд 26

Рассматривают и другие типы фильтров. Например, полиномиальные (фильтры Баттерворта и Чебышева различного порядка), фильтры типа m и другие. 8. Анализ УПР в цепи 8.1. Периодические сигналы и их спектры 8.1.1.Формы записи РФ Условно считаем, что периодическое воздействие приложено к цепи при Тогда к любому моменту времени свободная составляющая затухла и в цепи установившийся (вынужденный) периодический режим. 26

Слайд 27

Реальные периодические сигналы удовлетворяют условиям Дирихле: 1) в пределах периода они ограничены по уровню, 2) в пределах периода они непрерывны, имеют конечное число максимумов и минимумов, если имеют разрывы, то это разрывы 1 рода и их число конечно. Определение: Периодический сигнал удовлетворяющий условиям Дирихле при всех tможно разложить в сходящийся гармонический ряд Фурье причем частоты гармоник кратны частоте первой (основной) гармоники, т.е. , период сигнала ()при этом сумма ряда Фурье в точках непрерывности равна, а в т. разрыва 1 рода равна полусумме пределов слева и справа, т.е. РФ плохо сходится в точках разрыва. Формы записи РФ: 1. 27

Слайд 28

Нулевая гармоника, т.е. постоянная составляющая 2. Можно преобразовать РФ к другой форме Свойства РФ симметричных сигналов: 1) Четные сигналы не содержат синусоид, т.е. 28

Слайд 29

2) Нечетные сигналы не содержат косинусоид, т.е. . 3) РФ сигналов, симметричных относительно оси t при сдвиге на полпериода не содержат гармоник четных номеров 3. Комплексная форма записи РФ 8.1.2.Дискретные спектры периодических сигналов Определение: Множество комплексных амплитуд гармоник РФ называется дискретным спектром периодического сигнала, соответственно множество амплитуд, называют дискретным амплитудным спектром, а множество фаз, называют дискретным фазовым спектром. 29

Слайд 30

Амплитудный спектр четная функция; фазовый спектрнечетная функция. Замечание 1: Спектр называется дискретным, т.к. он существует только при дискретных значениях частоты, расстояние между гармониками по оси частот 2: Спектр часто называют линейчатым, т.к. его обозначают отрезками прямых линий. 3: Особенность спектра в том, что. 4: Синусоида тоже периодический сигнал. Его спектры 30

Слайд 31

Выводы: амплитудный спектр полностью характеризует амплитуды гармоник, т.е. синусоид, которыми РФ заменяет периодический сигнал, а фазовый спектр полностью характеризует начальные фазы, каждая гармоника существует в временном интервале и число гармоник тоже бесконечно. Замечание 1: Попутно доказали, что гармоника отрицательной частоты имеет такое же право на существование как и гармоника положительной частоты 2: Все формы записи РФ эквивалентны. 8.1.3.Использование преобразования Лапласа для анализа УПР в цепи 31

Слайд 32

Условным первым импульсом назовем описание периодического сигнала внутри условного первого периода, переходим к преобразованию Лапласа, расширив верхний предел и подставив его в интеграл. Вывод: коэффициенты РФ можно найти используя изображение по Лапласу условного 1-го импульса периодического сигнала. 8.2.Мощность и действующее значение РФ 8.2.1.Мощность Рассмотрим пассивный ДП в УПР, ток и напряжение которого разложены в РФ Средняя мощность за период (активная мощность ДП) 32

Слайд 33

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИлекция № 9

Подставим РФ тока и напряжения с учетом того, что (суммарная площадь синусоиды за период), и интеграл от произведения гармоник с разными номерами тоже равен 0. 8.2.2.Действующее значение РФ Среднеквадратичное значение, имеющее энергетическую трактовку Заменяя на в формуле мощности 33

Слайд 34

Аналогично для напряжения Замечание: У сигнала постоянной величины мгновенное, амплитудное, среднее и действующее значение одно и тоже. 8.3. Методы анализа УПР 8.3.1. Анализ УПР в цепи с использованием РФ Основная идея: РФ воздействия считаем суммой элементарных воздействий и методом наложения находим РФ реакции. Последовательность действий: 1. Периодическое воздействие раскладываем в РФ. На практике обычно ограничиваются несколькими первыми гармониками, т.к. РФ быстро сходится, используют «укороченный РФ» (отрезок РФ) 34

Слайд 35

2. Находим ПФ цепи, по ней ЧХ (АЧХ и ФЧХ) Смысл ЧХ в УСР, а для каждой гармоники ц цепи УСР. 3. Методом наложения находим РФ реакции На основании 1-3 = = 35

Слайд 36

Являясьприближенным, метод эффективен, если цепь ФНЧ. Однако, в некоторых цепях убыль амплитуд воздействия компенсируется ростом АЧХ цепи, приходится учитывать сотни гармоник и приближенный расчет по РФ становится трудоемким. Замечание 1: Спектральный состав реакции полностью соответствует спектральному составу воздействия и новые гармоники на выходе появиться не могут. 2: Цепь пропускает разные гармоники с разными коэффициентами передачи, т.е. форма периодического сигнала на выходе не соответствует форме периодического сигнала на входе. 8.3.2. РФ в замкнутой форме (точный расчет УПР) Основная идея метода – свободная составляющая определяется корнями ХП (т.е. полюсами ПФ), а вынужденная имеет математическую форму воздействия (не выполняется при резонансе). 36

Слайд 37

Последовательность действий: Условно считаем, что периодическое воздействие приложено при t=0 Находим изображение воздействия с учетом формулы для суммы затухающей геометрической прогрессии 2. Находим ПФ цепи находим полюсы ПФ, полюсы предполагаем некратными. 3. Находим изображение реакции (выходного сигнала) и выделяем в нем свободную и вынужденную составляющие. 37

Слайд 38

Свободная составляющая определяется полюсами ПФ, а вынужденная имеет математическую форму воздействия, т.е. геометрическая прогрессия, т.е. искомое описание первого импульса установившейся реакции в интервале первого периода т.е. определяем как обычно 4. Находим 1-й импульс на выходе ]() Определяем его оригинал, т.е. точное описание периодической реакции в интервале 1 периода и периодически продолжаем ее. Замечание 1: Найденное точное решение называют РФ в замкнутой форме, т.к. оно учитывает бесконечное число гармоник. 38

Слайд 39

Замечание 2: Если считать, что входной сигнал начинается от 0, то этот метод можно применить для расчета ПП, фактически найдена свободная составляющая в 3: Расчет можно проводить и для не дробно-рациональной функции. Глава 9. Анализ цепей спектральным методом 9.1. Апериодические сигналы и их спектры 9.1.1. Переход от периодического сигнала к апериодическому Апериодический сигнал (одиночный импульс) можно рассматривать как периодический при Преобразуем РФ в комплексной форме для периодического сигнала 39

Посмотреть все слайды

Слайд 2

Цепи постоянного тока

Слайд 3

Электротехника – это наука об электрических явлениях, о производстве, передаче, распределение, преобразовании и использовании электрической энергии. Быстрое развитие электротехники объясняется тем, что электрическая энергия по сравнению с другими видами энергии обладает рядом существенных преимуществ. 1. Электрическая энергия легко преобразуется в другие виды энергии – тепловую, механическую, химическую (и наоборот). 2. Электрическую энергию легко передавать по проводам на большие расстояния. 3. Электрическую энергию легко подвести к потребителю и расходовать в любых количествах. 4. КПД электрических установок значительно выше, чем КПД установок работающих за счет других источников энергии.

Слайд 4

Цель изучения дисциплины - дать основополагающие знания для освоения специальных дисциплин и практической работы при эксплуатации электротехнических устройств в автомобильной техники. Задачами дисциплины являются: изучение основных законов электротехники, формирование у обучаемых понятий теории электрических цепей; изучение устройства электрических машин и приборов электроники; освоение методов теоретического анализа и экспериментального исследования электромагнитных процессов; формирование представлений об устройстве и принципах действия электрооборудования используемого в транспортно - технологических машинах.

Слайд 5

В настоящее время основные понятия электротехники определяются: действующими терминологическими стандартами и рекомендациями Международной Электротехнической Комиссии (МЭК), Международного Электротехнического Словаря (МЭС, 2-ое издание, 1954 г., франц. и англ.); межгосударственным стандартом ГОСТ 19880 - 74 "Электротехника. Основные понятия. Термины и определения" ; Российским стандартом ГОСТ Р 52002 - 2003 «Электротехника. Термины и определения основных понятий».

Слайд 6

Таблица 1 - Основные понятия и их обозначения

Слайд 7

Таблица 2 - Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц

Слайд 8

Таблица 3 - Некоторые единицы механических величин в системе СИ

Слайд 9

Таблица 4 - Некоторые единицы электрических величин в системе СИ

Слайд 10

Таблица 5 - Некоторые единицы магнитных величин в системе СИ

Слайд 11

Любая электрическая цепь содержит источники электрической энергии, приёмники (электрические нагрузки), коммутационную аппаратуру, соединительные линии и измерительные приборы.

Слайд 12

Источниками электрической энергии являются электрические генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую или первичные элементы и аккумуляторы, в которых происходит преобразование химической, тепловой, световой и других видов энергии в электрическую. К потребителям электрической энергии относятся электродвигатели, нагревательные и световые приборы и т. д. Электрическая схема - графическое изображение электрической цепи. Схема замещения электрической цепи состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было с заданным или необходимым приближением описать процессы в цепи.

Слайд 13

Слайд 14

Условно - графические обозначения в соответствии с ЕСКД

Слайд 15

Конфигурация схемы замещения цепи определяется следующими геометрическими (топологическими) понятиями: ветвь, узел, контур. Ветвь схемы состоит из одного или нескольких последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет два вывода (начало и конец), причём к концу каждого предыдущего элемента присоединяется начало следующего. В узле схемы соединяются три или большее число ветвей. Контур - замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям так, что ни одна ветвь и ни один узел не встречается больше одного раза. Все потребители электрической энергии принято характеризовать некоторыми параметрами.

Коренева Д. А.

Электроте́хника (от Электро... и Техника)
- отрасль науки и техники, связанная с
применением электрических и магнитных
явлений для преобразования энергии,
получения и изменения химического
состава веществ, производства и обработки
материалов, передачи информации,
охватывающая вопросы получения,
преобразования и использования
электрической энергии в практической
деятельности человека.

Историческая справка.

Возникновению электричества
предшествовал длительный период
накопления знаний об электричестве. Всего
200 лет назад начались первые опыты по
практическому применению электричества, а
сейчас трудно представить себе хотя бы одну
отрасль, в которой не используется
электрическая энергия.
Мы гордимся тем, что в развитие
электротехники неоценимый вклад внесли
русские ученые. Их работы всегда были
оригинальны, тесно увязывались с практикой
и имели мировое значение.

Историческая справка.
1711-1765
Еще в 1753 г. наш
гениальный соотечественник академик Михаил
Васильевич Ломоносов
в речи «Слово о явлениях
воздушных, от электрической силы происходящих»,
произнесенной в
Петербурге на акте
Академии наук, изложил
свои наблюдения над
атмосферным электричеством и сделал ряд
теоретических и
практических выводов.

Историческая справка.
В своих исследованиях
М. В. Ломоносов вскрыл
физическую природу атмосферного электричества, указал возможность
защиты от поражений
молнией при помощи молниеотвода, первым высказал мысль об электромагнитной природе северного
сияния и т.д.

Историческая справка.
1711-1753
Совместно с М. В. Ломоносовым работал русский академик
Георг Вильгельм Рихман. Он
начал свои исследования в
области электричества в 1745
г. Ему принадлежит заслуга
создания первого электрического прибора – «электрического указателя», позволившего
производить количественные
измерения электричества. Это
прибор использовался при
изучении
атмосферных
электрических
явлений.

Историческая справка.
Русский ученый академик
Ф. У. Эпинус в 1759 г.
высказал идею о связи
электрических и магнитных
явлений. К числу его
изобретений относятся
электрофор (простейший
прибор для получения
электричества) и
конденсатор.
1724-1802

Историческая справка.
1761-1834
Опираясь на научные исследования М. В. Ломоносова,
Г. В. Рихмана, Ф. У. Эпинуса и
других ученых, академик
Василий Владимирович
Петров сделал важнейшие
открытия в области практического применения электричества. Он построил одну из
самых больших гальванических батарей своего времени и с
ее помощью осуществил ряд
выдающихся исследований.

Историческая справка.
В 1802 г. В. В. Петров
получил впервые в мире
электрическую дугу.
В. В. Петрову принадлежит идея использования
электрической дуги для
освещения. Он писал,
что при помощи
открытой им
электрической дуги
«темный покой довольно
ясно освещен быть
может».

Историческая справка.
В. В. Петров первый в
пламени дуги плавил
металлы, сваривал
куски металла. Это
широко используется
во всем мире и в
наши дни.

Историческая справка.
В. В. Петров впервые
применил изоляцию
металлических
проводников. Он
исследовал особое
свечение тел, так
называемую
люминесценцию.

Историческая справка.
Широкую известность получили его работы по
получению электричества за счет трения, по
исследованию
электрических
явлений в газах
и многие другие.
В лаборатории ТОЭ

Историческая справка.
Современником В. В.
Петрова был знаменитый
русский ученый Павел
Львович Шиллинг. В 1812 г.
П. Л. Шиллинг применил
электричество для взрыва
подводных мин. Наша
Родина была первой
страной, в которой стал
практически использоваться
электромагнитный телеграф,
изобретенный
П. Л. Шиллингом в 1832 г.
1786-1837

Историческая справка.
1804-1865
1801-1874
Особо следует отметить русских академиков Бориса
Семеновича Якоби и Эмилия Христиановича
Ленца. Их открытия до сих пор широко используются
в различных отраслях электротехники.

Историческая справка.
Б. С. Якоби создал в 1834 г. первый электрический
двигатель. Более 170 лет назад (в сентябре 1838 г.) по
Неве против течения прошла лодка с 14 пассажирами. На этой
лодке был установлен электродвигатель, сконструированный
Б. С. Якоби
совместно с
Э. Х. Ленцем.

Историческая справка.
Гальваника
Б. С. Якоби открыл в 1838 г.
гальванопластику и гальваностегию – начало практичес
кого применения химического
действия электрического тока; создал первые буквопечатающие телеграфные
аппараты (1850), предложил
способ изоляции подземных
проводов, изобрел реостат и
многое
другое.

Историческая справка.
Наиболее широкой
известностью пользуются
работы Э. Х. Ленца по
электромагнетизму. Он
сформулировал правило,
позволяющее определить
направление
индуктированного тока в
проводнике (правило Ленца).
Э. Х. Ленц независимо от
английского физика Джоуля
открыл тепловое действие
тока (закон Джоуля-Ленца).

Историческая справка.
Б. С. Якоби и Э. Х. Ленц считаются основоположниками теории электрических машин. Им принадлежит
часть такого замечательного открытия, как явления
«обратимости
машин», т. е.
способность
генератора
работать в
качестве
электродвигателя,
и наоборот.

Историческая справка.
(1847-1894)
Талантливый изобретатель
Павел Николаевич
Яблочков, используя дугу
Петрова, дал миру первый
электрический свет – «свечу
Яблочкова». Он первый
понял преимущества
переменного тока, и смело
ввел его в практику. П. Н.
Яблочков сконструировал и
практически использовал
трансформаторы.

Историческая справка.
Талантливый изобретатель
Павел Николаевич Яблочков
используя дугу Петрова, дал
миру первый электрический
свет – «свечу Яблочкова».
Он первый понял
преимущества переменного
тока, и смело ввел его в
практику. П. Н. Яблочков
сконструировал и
практически использовал
трансформаторы.

Историческая справка.
(1847-1923)
Работы П. Н. Яблочкова продолжил изобретатель-соотечественник Александр Николаевич
Лодыгин. В 1873 г. он создает
электрическую лампу накаливания с угольной нитью, а в 1890 г –
лампу с металлической нитью.
А. Н. Лодыгин «первый
вынес лампу накаливания из физического кабинетана улицу».

Историческая справка.
(1839-1896)
Крупнейший русский ученый
Александр Григорьевич
Столетов подробно
исследовал магнитные
явления и открыл ряд
законов, используемые при
расчете электрических
машин. При исследовании
фотоэлектрического
эффекта создал
фотоэлементы.

Историческая справка.
Почти одновременно с П. Н.
Яблочковым оригинальную
конструкцию трансформатора
предложил русский физиксамоучка Иван Филиппович
Усагин. Демонстрация
трансформаторов Усагина на
промышленной выставке в 1882
г. в Москве вызвала «громкое и
единодушное одобрение».
(1855-1919)

Историческая справка.
Физик Николай
Алексеевич Умов решил
(в 1874 г.) труднейшую
проблему теории
электричества – проблему
движения электрической
энергии.
(1846-1915)

Историческая справка.
Военный инженер-электротехник Федор Аполлонович
Пироцкий предложил использовать течение воды для
получения электроэнергии,
(1845-1898)
а также произвел
многочисленные опыты по
передаче электрической
энергии на большие
расстояния.

Историческая справка.
В 1874 г. он практически осуществил
передачу электрической мощности
около 6 лошадиных сил на расстояние
до 1 км. Ф. А.
Пироцкий
создал первый в мире
электрический трамвай и
осуществил успешные
опыты по использованию
этого трамвая для
передвижения.
22 августа 1880 года в II часов дня на Песках в Петербурге.

Историческая справка.
Исследованием вопросов
передачи электроэнергии на
большие расстояния занимался
Дмитрий Александрович
Лачинов. Он же глубоко исследовал вопросы параллельного
включения ламп в цепь одного
генератора.
Д. А. Лачинов изобрел прибор
для измерения мощности
электродвигателей, внес ряд
существенных изменений в
конструкцию прожекторов и т.д.
(1842-1902)

Историческая справка.
(1862-1919).
Творцом первого трехфазного гене
ратора, двигателя и трансформато
ра был инженер-новатор Михаил
Осипович Доливо-Добровольский. Благодаря изобретениям
М. О. Доливо-Добровольского
стали возможными передача
электрической энергии на большие
расстояния с малыми потерями и,
следовательно, электрификация
огромных территорий. Он же
создал такие приборы как
ваттметр, фазометр, частотомер.

Историческая справка.
Величайшим открытием современности было открытие
Александра Степановича
Попова. Это открытие
положило начало новой
отрасли электротехники –
радиотехнике.
Радиовещание, радиосвязь,
телевидение, телеуправление,
радиолокация, радионавигация были бы
невозможны без гениального открытия
А. С. Попова.
(1859-1906).

Историческая справка.
Величайшим открытием сов-ременности
было открытие Александра Степановича
Попова. Это открытие положило начало
новой отрасли электротехники –
радиотехнике.
Радиовещание, радиосвязь,
телевидение,
телеуправление,
радиолокация,
радионавигация были бы
невозможны без гениального
открытия А. С. Попова.

Историческая справка.
Русские изобретатели
Николай Николаевич Бенардос и
Николай Гаврилович Славянов
применили электрическую дугу для сварки и
резания металлов.
(1842-1905)
(1854-1897)

Историческая справка.
Росту электропромышленности способствовал невиданный расцвет отечественной и зарубежной науки. Вместо ученых-одиночек, проводивших во времена царизма свои научные работы в полукустарных лабораториях, появилась ученые, работающие
в многочисленных научноисследовательских
институтах и академиях.

Историческая справка.
Величайшим триумфом
отечественной науки явился пуск
в1954 г. первой в мире
промышленной электростанции
.
на атомной
.
энергии полезной
.
мощностью
.
5000 кВт.

Электричество прочно вошло
в нашу жизнь. Сегодня нет
такой области промышленного и сельского хозяйства,
.
где не использова.
лась бы электро.
энергия. Не сможем
.
мы благополучно
.
существовать без
.
электроэнергии и
.
дома.

Все электроприборы требуют
грамотного обращения. Их
ремонт, обслуживание и
эксплуатация невозможны
без знания основ электротехники. Изучение
электротехники невозможно
без таких фундаментальных
наук как математика и
физика. Успешное
освоение теоретических
основ электротехники
облегчит изучение
специальных дисциплин на
старших курсах.

Спасибо за внимание

комплексные системы и сети»:
Микропроцессоры и
микропроцессорные
системы;
Конструирование
средств вычислительной техники
Преподаватель-Иванов Павел
Витальевич

Электротехника помогает освоить дисциплины.
Для специальности 230101 «Вычислительные машины,
комплексные системы и сети»:
Периферийные
устройства
Преподаватель - Сизова Ольга
Александровна

Электротехника помогает освоить дисциплины.
Для специальности 230101 «Вычислительные машины,
комплексные системы и сети»:
Автоматическое
проектирование
цифровых устройств;
Проектирование
автоматизированных
систем управления;
Разработка
инструментальных
средств
Преподаватель-Федоров Алексей
Александрович

оборудования»:
Бесконтактные
электрические
аппараты
Преподаватель - Буторин Александр
Григорьевич

Электротехника помогает освоить дисциплины. Для специальности 140613 «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического
оборудования»:
Электрические
машины;
Электрическое
оборудование;
Электрический
привод.
Преподаватель - Андреева Леонелла
Германовна

Электротехника помогает освоить дисциплины. Для специальности 140613 «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического
оборудования»:
Электроснабжение
Автоматика
Преподаватель - Мясникова Татьяна
Вячеславовна

Электротехника помогает освоить дисциплины. Для специальности 140613 «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического
оборудования»:
Техническая
эксплуатация
электрического и
электромеханического оборудования;
Испытание
надежности,
Наладка электрического и электромеханического
оборудования;
Преподаватель - Захаров Андрей
Михайлович

Электротехника помогает освоить дисциплины. Для специальности 140613 «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического
оборудования»:
Технология обработки конструкционных
аппаратов;
Приборы контроля
Преподаватель - Григорьева Светлана
Валерьевна

Содержание лекцииФормальности
Обзор курса
Введение в теоретическую электротехнику:
ТОЭ – это не сложно!
Основные определения
Законы Ома и Кирхгофа
Классификация электрических цепей
Краткие выводы
2

Формальности

Лектор:
Дегтярев Сергей Андреевич
Итоговая аттестация:
Экзамен
Занятия:
Лекции
Практика (по результатам составляется рейтинг)
Отчетность в течение семестра:
Рейтинг сдается в деканат 3 раза за семестр
(в октябре, в ноябре, в конце семестра)
Пропуск двух и более занятий подряд – служебная записка в деканат
Домашние задания сдаются на следующем практическом занятии
3

Формальности (продолжение)

Виды промежуточного контроля:
Самостоятельные работы – обычно можно
пользоваться конспектом, учебными пособиями и т. п.
Контрольные работы – 3 работы за семестр; нельзя
пользоваться никакими справочными материалами;
ненаписанные контрольные выносятся на экзамен
Домашние задания – задаются на каждом
практическом занятии, обязательно сдать на
следующем практическом занятии
4

Рейтинг

Основные показатели для расчета рейтинга
Средний балл
Процент выполнения учебного плана (процент
выполненных работ – домашних, самостоятельных,
контрольных)
Рейтинг = (средний балл) х (процент выполнения)
Посещаемость
Рейтинг может влиять на экзаменационную
оценку в спорных случаях
5

Список литературы

Основная литература:
Дополнительная
литература:
6
Основы теоретической электротехники: Учебное пособие / Ю. А.
Бычков, В. М. Золотницкий, Э. П. Чернышев, А. Н. Белянин – СПб.:
Издательство «Лань», 2009.
Сборник задач по основам теоретической электротехники:
Учебное пособие / Под. ред. Ю. А. Бычкова, В. М. Золотницкого,
Э. П. Чернышева, А. Н. Белянина, Е. Б. Соловьевой. – СПб.:
Издательство «Лань», 2011.
Основы теории цепей: Лабораторный практикум по
теоретической электротехнике / Под ред. Ю. А. Бычкова, Е. Б.
Соловьевой, Э. П. Чернышева. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,
2012.
Справочник по основам теоретической электротехники: Учебное
пособие / Под. ред. Ю. А. Бычкова, В. М. Золотницкого, Е. Б.
Соловьевой, Э. П. Чернышева. – СПб.: Издательство «Лань», 2012.
Савельев И. В. Курс общей физики. Книга 2. Электричество и
магнетизм
Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей
К. Титце, У. Шенк Полупроводниковая схемотехника
Хоровиц П., Хилл У. - Искусство схемотехники
Открытый курс 6.002 OCW MIT – http://ocw.mit.edu

Обзор курса

Основные темы курса теоретических основ электротехники (1
семестр):
Расчет резистивных электрических цепей (схемотехника)
Расчет линейных динамических цепей (схемотехника, теория
управления)
Численные методы расчета (компьютерная обработка
сигналов)
Расчет линейных динамических цепей при синусоидальных
воздействиях (схемотехника, схемы электропитания)
Операторный метод расчета цепей – преобразование Лапласа
(теория управления)
Частотные характеристики (радиотехника, аудиотехника, ТВ)
Расчет трехфазных цепей (схемы электропитания)
Индуктивно связанные цепи (трансформаторная техника,
схемы электропитания)
7

Обзор курса

Основные темы курса теоретических основ электротехники
(2 семестр):
Спектральные методы расчета цепей (радиотехника,
телевидение, аудиовизуальная техника)
Активные цепи и операционные усилители
(схемотехника, цифровая техника)
Длинные линии – цепи с распределенными параметрами
(устройства СВЧ и антенны)
Дискретные системы (цифровая обработка сигналов,
компьютерное зрение, цифровые устройства и
микропроцессоры, системы на кристалле, медицинская
техника)
Нелинейные системы (схемотехника, аудиовизуальная
техника, радиотехника)
8

Пример

Лампа накаливания
Задача: моделировать поведение лампы накаливания в
электрической цепи
*источник изображения: http://jeromeabel.net
9

Пример (продолжение)

Подключим лампу к источнику напряжения
*источники изображений: http://jeromeabel.net, https://openclipart.org
10

Пример (продолжение)

Цель
Построить модель объекта, пригодную для
предсказания его поведения с достаточной точностью
Средства достижения цели:
Рассматривать только интересные нам свойства и
параметры объектов (абстракция)
Пользоваться наиболее простыми методами, точности
которых еще хватает для решения задачи (упрощение
и идеализация)
Применять известные математические методы для
построения и использования модели
11

Пример (продолжение)

Какой ток будет протекать через лампочку?
Как долго лампочка будет работать от одной батарейки?
Какого сечения нужно выбрать провода для соединения?