Elektrotechnikos konspektas

Turinys

Elektrostatika 3

a) elektros krūvis, elektros laukas, lauko vaizdavimas. 3

b) sąveika tarp krūvių, Kulono dėsnis. 3

c) darbas atliekamas pernešant krūvį elektros lauke, potencialas, elektros įtampa. 3

d) laidininkai elektros lauke, elektrostatinė indukcija, elektrostatinis ekranavimas. 3

e) elektrinė talpa, kondensatoriaus talpa, nuosekliai ir lygiagrečiai jungtų kondensatorių atstojamoji talpa. 3

f) dielektrikas elektros lauke, dielektrikų poliarizacija, segnetoelektrikai, absoliutinė ir santykinė dielektrinė skvarba, elektrinis dielektrikų pramušimas. 4

Nuolatinės srovės grandinės 4

a) elektros grandinė, šaltiniai, imtuvai, elektros srovė, jos stipris, kryptis. 4

b) elektros varža, laidumas, jų matavimo vienetai. 4

c) Omo dėsniai, Kirchhofo dėsniai. 4

d) elektros grandinės darbo režimai. 5

e) nuosekliai, mišriai, lygiagrečiai jungtų imtuvų grandinės. 5

f) grandinės energija (darbas) ir galia. 5

g) šaltinių lygiagretus ir nuoseklus jjungimas 5

h) sudėtingų grandinių sprendimas Kirchhofo ir kontūrinių srovių metodais. 5

i) netiesinės elektros grandinės, statinė ir diferencinė varžos. 6

Magnetinės grandinės (elektromagnetizmas). 6

a) magnetinis laukas, jo kryptis, elektromagnetinis laukas, sraigto taisyklė tiesiam laidininkui ir ritei, B,Ф, μa, μr, μ0. 6

b) elektromagnetinė jėga, elektromagnetinė indukcija, variklio ir generatoriaus veikimo principas. 6

c) magnetinės medžiagos, histerezės kilpa, jos forma įvairioms medžiagoms. 6

d) Omo ir Kirchhofo dėsniai magnetiniai grandinei, magnetinė varža ir laidumas. 7

e) induktyvumas, savitarpio induktyvumas, saviindukcijos ir savitarpio indukcijos evj. 7

f) energijos nuostoliai magnetinėje grandinėje. 7

Vienfazės kintamosios srovės grandinės 7

a) kintamosios evj ir srovės gavimas, kintamosios srovės parametrai Im, I, Ivid, T, f, φφ,ω. 7

b) sinusinių dydžių vaizdavimas vektoriais, kompleksinėje plokštumoje, veiksmai su kompleksiniais skaičiais. 7

c) R, L ir C kintamosios srovės grandinėje (Omo dėsnis, laiko ir vektorinės diagramos, varžos, laidumas, galia) 8

d) nuoseklus, lygiagretus ir mišrus įvairaus pobūdžio imtuvų jungimas kintamosios srovės grandinėje, tokių grandinių sprendimo būdai, varžų, llaidumų ir galių trikampiai. 8

e) galios koeficientas ir jo gerinimas. 9

f) įtampų ir srovių rezonansas kintamos srovės grandinėje, jų reikšmė praktikoje. 9

Trifazės kintamosios srovės grandinės 9

a) trifazės evj gavimas, minusinių evj laiko, vektorinė diagramos, simbolinė evj išraiška. 9

b) generatoriaus apvijos ir imtuvų jungimas žvaigžde, linijinės ir fazinės įtampos, srovės, vektorinė diagrama simetrinės ir nesimetrinės apkrovos metu, neutraliojo laido paskirtis įvairios apkrovos metu. 10

c) generatoriaus apvijos ir imtuvų jungimas trikampiu, linijinės ir fazinės įtampos, srovės, vektorinė diagrama simetrinės ir nesimetrinės apkrovos metu. 10

d) trifazių grandinių galia 10

e) besisukantis magnetinis laukas. 10

Asinchroniniai varikliai ir sinchroninės mašinos 10

a) asinchroninis variklis, veikimo principas, trumpai jungto ir fazinio asinchroninio variklio konstrukcija, paleidimas, trifaziais asinchroninis variklis vienfaziame tinkle. 10

b) sinchroninis generatorius ir variklis: veikimo principas ir sandara; generatoriaus ir variklio darbo ypatumai: 11

Nuolatinės srovės mašinos 11

a) nuolatinės srovės mašinų paskirtis,ypatumai,naudojimo sritys: 11

b) nuolatinės srovės mašinos veikimo principas, dirbant generatoriaus ir variklio rrežimais; stabdantis magnetinis momentas ir priešpriešinė evj; konstrukcija; 12

c) nuolatinės srovės variklių paleidimas, reversavimas, greičio reguliavimas; 13

d) generatorių žadinimo būdai: 13

e) nuolatinės srovės mašinų nuostoliai ir nvk. 13

Pereinamieji procesai tiesinėse elektros grandinėse. 13

a) pereinamųjų procesų priežastys, komutacijos dėsniai. 13

b) pereinamieji procesai nuolatinės srovės grandinėje su C, c įkrovimas ir iškrovimas. 14

c) pereinamieji procesai nuolatinės srovės grandinėje su induktyvumo rite; ritės atjungimas nuo šaltinio. 14

d) pereinamieji procesai kintamosios srovės grandinėje. 14

Transformatoriai 14

a) paskirtis, veikimo principas, sandara, elektromagnetiniai reiškiniai. 14

b) apvijų evj, tuščioji eiga, apkrautas transformatorius, trumpasis jungimas. 15

c) transformatorių parametrai ir charakteristikos, transformatoriaus nvk. 15

d) trifaziai transformatoriai ir autotransformatoriai, specialieji transformatoriai. 15Elektrostatika

a) elektros krūvis, elektros laukas, lauko vvaizdavimas.

Ats: Kūnas turį krūvį jeigu jame yra teigiamų arba neigiamų krūvių perteklius. Apie kiekvieną krūvį susikuria elektros laukas ir tai yra materijos savybė.Q=1C (Kulonas)b) sąveika tarp krūvių, Kulono dėsnis.

Ats: Tarp dviejų krūvių vyksta sąveikos jėgos elektrinio lauko energijos sąskaita. Šios sąveikos dydį nustato Kulono dėsnis: F=Qq/4Π ER ε0 R2c) darbas atliekamas pernešant krūvį elektros lauke, potencialas, elektros įtampa.

Ats: Norint perkelti krūvį elektros lauke reikia atlikti tam tikrą darbą. Bendru atveju darbas yra išreiškiamas kaip jėgos ir kelio sandauga: A=F*S

Darbas dalintas iš krūvio vadinamas potencialu: q=A/Q

Potencialų skirtumą vadiname įtampa: UBA=φB-φA U=1V (Voltas)d) laidininkai elektros lauke, elektrostatinė indukcija, elektrostatinis ekranavimas.

Ats: φgal= φišor-φvid Reiškinys vadinamas elektrostatine indukcija ir naudojamas prietaisų me-chanizmams, kai kuriems elektroniniams komponentams ir kt. apsaugoti nuo išorės elektrinių laukų.

e) elektrinė talpa, kondensatoriaus talpa, nuosekliai ir lygiagrečiai jungtų kondensatorių atsto-jamoji talpa.

Ats: Viena iš elektrinio lauko charakteristikų yra elektrinė talpa. Ji yra išreiškiama kaip krūvio ir jo potencialo santykis: C=Q/φ (F) Faradas.

Kondensatoriaus talpa: C=Q/φ

Cbendr=C1+C2+C3 – lygiagrečiai jungto kondensatoriaus atstojamoji talpa.

1C/bendr=1/C1+1/C2+1/C3 – nuoseklaus jungimo atveju.f) dielektrikas elektros lauke, dielektrikų poliarizacija, segnetoelektrikai, absoliutinė ir santykinė dielektrinė skvarba, elektrinis dielektrikų pramušimas.

Ats: Dielektrikas pasižymi tuo, kad jame nėra laisvųjų krūvių. Jeigu jį patalpinsime į elektros lauką, jo molekulės poliarizuosis taip, kad neigiamoji pusė bus nukreipta link išorinio lauko pliuso, o teigiamoji ppusė prie lauko minuso. Jokio judėjimo dielektrike nebus. Dažniausiai paša-linus išorinį elektrinį lauką molekulės tampa nepoliarizuotos ir el. laukas dielektrike išnyksta.

Tačiau yra medžiagos vadinamos segnetoelektrikais kurių molekulės ir pašalinus išorinį elektri-nį lauką lieka poliarizuotos.

Elektrinis laukas, jo intensyvumas priklauso nuo dielektrinės skvarbos, kuri parodo kiek kartų elektrinis laukas yra silpnesnis bet kurioje aplinkoje negu vakuume: ε= εa/ε0

Jeigu elektrinis laukas toks stiprus, kad poliarizuotos molekulės yra sudraskomos į krūvius įvyksta dielektriko pramušimas (atsiradus laisviesiems krūviams pradeda tekėti elektros srovė). Tad parenkant įvairių įrenginių izoliacinę medžiagą būtina ją parinkti su tam tikra atsarga.Nuolatinės srovės grandinės

a) elektros grandinė, šaltiniai, imtuvai, elektros srovė, jos stipris, kryptis.

Ats: Elementariąja elektros grandinę sudaro elektrovaros jėgos šaltinis, sujungimo laidai ir im-tuvas.

Elektrovaros jėgos šaltiniu gali būti cheminis elementas, cheminių elementų baterija, akumulia-torius, termopora, fotoelementas, elektromechaninis generatorius, kintamosios srovės lygintuvas ir kt.

Imtuvu gali būti kaitinamoji lempa, kaitinamasis elementas, variklis, įkraunamasis elementas, rezistorius ir tt. Atstojamosiose schemose bet kokį imtuvą žymime varžos ženklu.

Kryptingas krūvių judėjimas veikiant kokiom nors jėgoms vadinamas elektros srove. Elektros srovės kryptimi priimta laikyti teigiamų dalelių judėjimo kryptį.

Elektros srovės stipris yra matuojamas elektros krūvio kiekiu praeinančiu per laido skerspjūvį per 1s. I=Q/t I=1A (Amperas)b) elektros varža, laidumas, jų matavimo vienetai.

Ats: Tekant elektros srovei grandine krūviai atsitrenkia į neutralias molekules ir atomus ssuda-rydami jai elektros varžą: R=ρl/S R=1Ω (Omas)

Atvirkščias dydis elektrinei varžai yra elektrinis laidumas: G=1/R G=1S (Simensas)c) Omo dėsniai, Kirchhofo dėsniai.

Ats: Omo dėsnis visai grandinei teigia, kad srovė grandinėje yra tiesiog proporcinga grandinė-je veikiančiai elektrovarai ar atvirkščiai proporcinga visos grandinės varžai (imtuvo ir šaltinio vidaus varžos sumai). I=E/ (R+Ri).

Omo dėsnis grandinės daliai teigia, kad srovė bet kurioje grandinės dalyje bus tiesiog propor-cinga įtampai tarp tos grandinės gnybtų ir atvirkščiai proporcinga tos garndinės dalies varžai: I=U/R

1 asis Kirchhofo dėsnis teigia, kad kiekviename sudėtingos grandinės mazge įeinančių srovių suma yra lygi išeinančių iš to mazgo srovių sumai: Σįein=Σiš.

2 asis Kirchhofo dėsnis teigia, kad bet kurioje sudėtingoje grandinėje pasirinktame kontūre įtampų algebrinė suma lygi nuliui: ΣU=0d) elektros grandinės darbo režimai.

Ats: Tuščioji eiga – grandinė nutraukta, R=∞, I=0,

Vardinis (nominalusis) režimas. Šiam režimui apskaičiuoti visi grandinės elementai: In-vardinė srovė, Un-vardinės įtampos kritimas imtuve, Pn=Un*In

Trumpojo jungimo režimas – šiuo atveju imtuvo varža R=0I, Ik=E/R1 pati didžiausia įmanoma srovė grandinėje.e) nuosekliai, mišriai, lygiagrečiai jungtų imtuvų grandinės.

Ats: Nuosekliai sujungtais vadinami tokie grandinės elementai, kuriais teka ta pati srovė.

U1+U2+U3-U=0, Re=R1+R2+R3, Re=ΣR

Lygiagrečiai sujungtais vadinami tokie grandinės elementai, kurių įtampa yra ta pati.

Ge=G1+G2+G3, Ge=ΣG, Re=1/Ge, Pe=ΣP

Mišriai sujungtų imtuvų grandinės tiriamos ekvivalentinio keitimo metodu. Grandinė pratinama palaipsniui, nuosekliai ir lygiagrečiai sujungtus imtuvus keičiant

ekvivalentiniais, tol kol lieka tik vienas. Tiriant šias grandines dažnai tenka nustatyti atskirų imtuvų darbo režimus- srovę, įtampą, galią. Tam pasitelkiami omo ir Kirchhofo dėsniai.f) grandinės energija (darbas) ir galia.

Ats: W=Uit – grandinės energija

Energijos pokytis per laiko vienetą yra galia: P=UI, P=U2/R, P=I2/G. Kai grandinėje šaltinių ir imtuvų yra ne po vieną, jų galia sudedama. ΣEI=ΣRI2 + ΣRiI2g) šaltinių lygiagretus ir nuoseklus jungimas

Ats: Nuosekliai suderintai šaltiniai jungiami tuomet, kai reikia padidinti šaltinio elektrovaros jė-gą: Ee=E1+E2+E3, Rie=R1i+Ri2+Ri3

Lygiagrečiai šaltiniai jungiami tuomet, kai iš šaltinio rreikalinga didesnė srovė, negu galima gau-ti iš vieno šaltinio. Sujungus kelis vienodus elementus lygiagrečiai ekvivalentinė elektrovaros jėga lygi vieno elemento elektrovaros jėgai, o ekvivalentinio šaltinio vidinė varža sumažėja m kartų: Ee=E1=E2=E3, Ri1=Ri2=Ri3.h) sudėtingų grandinių sprendimas Kirchhofo ir kontūrinių srovių metodais.

Ats: Sprendžiant uždavinius Kirchhofo lygčių metodu:

1. Laisvai pasižymim srovių kryptis imtuvuose.

2. Laisvai pasižymim kontūro apėjimo kryptis.

3. Sustatom lygtis pagal pirmąjį Kirchhofo dėsnį jei mazgų yra n, tai sustatome n-1 lygčių.

4. Likusias lygtis sustatome pagal antrąjį Kirchhofo dėsnį.

Sprendžiant kontūrinių srovių pagalba, priimam, kad kiekviename pasirinktame kontūre tteka kontūrinė srovė.

1. Išskiriame nepriklausomus kontūrus.

2. Kiekviename kontūre pasirenkame „kontūrinių“ srovių kryptį.

3. Sudarome lygtis pagal antrąjį Kirchhofo dėsnį.

4. Lygtyse evj ir įtampų kritimų ženklai nustatomi kaip ir paprastose lygtyse pagal 2 Kirchhofo dėsnį.i) netiesinės elektros grandinės, statinė ir diferencinė varžos.

Ats: Jei grandinėje yra nors vienas nnetiesinis elementas, tokia grandinė yra netiesinė. Netiesinių imtuvų varža priklauso nuo srovės ir įtampos ar jų krypties. Jų voltamperinės charakteristikos yra netiesinės.

Statinė varža yra įtampos ir srovės santykis: Rs=U/I

Diferencialinė varža yra įtampos išvestinė srovės atžvilgiu: Rd=dU/dI.Magnetinės grandinės (elektromagnetizmas).

a) magnetinis laukas, jo kryptis, elektromagnetinis laukas, sraigto taisyklė tiesiam laidininkui ir ritei, B,Ф, μa, μr, μ0.

Ats: Kadangi elektros srovė yra kryptingas krūvių judėjimas, tai apie laidininką su srove susi-kurs magnetinis laukas. Magnetinis laukas žymimas magnetinio lauko linijomis, kurių kryptį priimta laikyti elementarios magnetinės rodyklėlės, patalpintos magnetiniame lauke, šiaurinio poliaus kryptį. Magnetinės linijos yra uždaros ir eina iš šiaurės į pietų polių.

Jei krūvis juda, apie jį susikuria elektromagnetinis laukas, turintis elektrinio ir magnetinio laukų dedamąsias.

Magnetinio lauko linijų kryptis apie laidininką su ssrove nustatoma pagal dešininio sraigto tai-syklę: jei sraigto slenkamasis judesys sutampa su srovės kryptimi laidininke, tai sukimosi kryp-tis parodys magnetinių jėgų kryptį.

Magnetinio lauko krypčiai nustatyti ritės su srove viduje naudojama pakeista sraigto taisyklė: jei sraigto sukamasis judesys sutampa su srovės kryptimi ritės vijomis, tai slinkimas parodys magnetinio lauko kryptį ritės viduje.

Magnetinio lauko kryptį ir intensyvumą bet kuriame jo taške apibūdina magnetinės indukcijos vektorius B, matuojama teslomis [ T ].

Magnetinis srautas  – B srautas pro kokį nors paviršių, matuojamas vėberiais [[ Wb].

a –absoliutinė magnetinė skvarba [H/m],

Santykinė magnetinė skvarba r = a/0 parodo, kiek kartų įvairiose medžiagose magnetinis laukas stipresnis nei vakuume.

0 = 410-7 H/m magnetinė pastovioji (vakuumo absoliutinė magnetinė skvarba).

b) elektromagnetinė jėga, elektromagnetinė indukcija, variklio ir generatoriaus veikimo princi-pas.

Ats: Elektromagnetinė jėga apskaičiuojama: Fem= BIl sin. Jos kryptis nusakoma pagal kairio-sios rankos taisyklę: Jei magnetinės linijos krenta į ištiestos rankos delną, keturi ištiesti pirštai rodo srovės kryptį laide, tai atlenktas nykštys rodys Fem.

Kai magnetinis laukas veikia laidininko laisvuosius elektronus, yra elektrovaros jėgos, kuri va-dinama elektromagnetinės indukcijos EVJ, atsiradimo priežastis: E = B l v sin .

Magnetinio lauko elektromechaninis veikimas ir elektromagnetinė indukcija naudojama mecha-ninei energijai paversti elektros ir atvirkščiai.

Įrenginiai, kuriais vykdomi šie keitimai vadinami elektros mašinomis: mechaninė energija ver-čiama elektros energija generatoriumi, elektros energija mechanine – varikliu.

Jei greitis v=const, F = Fem = BIl. Tuo pačiu Pmech = Fv = BIlv. Kadangi Blv = E, tai Pmech=EI=P, t.y. variklio mechaninė galia lygi šaltinio elektrinei galiai ir visa mechaninė energi-ja verčiama elektrine.c) magnetinės medžiagos, histerezės kilpa, jos forma įvairioms medžiagoms.

Ats: Pagal r visos medžiagos skirstomos į: diamagnetines ( r1); paramagnetines ( r1),

Feromagnetines kurių r1 (siekia tūkstančius).

Histerezės kilpos plotas proporcingas magnetinės histerezės nuostoliams – energijai suvartoja-mai vienkartiniam medžiagos permagnetinimui.Minkštamagnečių kilpa siaura ir didelė, o mag-netinės hhisterezės nuostoliai maži. Kietamagnečių medžiagų histerezės kilpa plati, jos pasižymi stipriu koercityviuoju lauku ir gana didele liktine indukcija.d) Omo ir Kirchhofo dėsniai magnetiniai grandinei, magnetinė varža ir laidumas.

Ats: Omo dėsnis vienalytei magnetinei grandinei:

Magnetinis srautas magnetinėje grandinėje tiesiog proporcingas MVj ir atvirkščiai proporcingas magnetinei varžai: Ф= Fm/Rm.

Kirchhofo dėsniai:

1.Kiekvieno šakotos magnetinės grandinės mazgo magnetinių srautų algebrinė suma lygi nuliui:  = 0.

2.Magnetinės grandinės kontūro magnetinių įtampų algebrinė suma yra lygi magnetovaros jėgų algebrinei sumai: l H =  Fm.

Rm – grandinės magnetinė varža – Rm=l /(a S); čia l – vidurinės magnetinės linijos ilgis; S – magnetolaidžio skerspjūvis. Magnetinis laidumas:  = 1/Rm = aS/l.e) induktyvumas, savitarpio induktyvumas, saviindukcijos ir savitarpio indukcijos evj.

Ats: Pavienio kontūro (arba ritės) su srove induktyvumas yra dydis, apibūdinantis srovės ir srau-to ryšį, savo skaitine reikšme lygus surištojo srauto santykiui su srove:

L =  / I; [H]

Proporcingumo koeficientas M12 vadinamas savitarpio induktyvumu: L1 / M12 = w1/ w2.

Kintant savajam surištajam srautui, kontūre arba ritėje indukuojama saviindukcijos EVJ eL.

eL = – L di / dt

Kintant savitarpio surištajam srautui, gretimoje ritėje indukuojama tarpusavio indukcijos EVJ eM: e2M = – M di1 / dt; e1M = – M di2 / dt.f) energijos nuostoliai magnetinėje grandinėje.

Ats: Histerezės nuostoliai gaunami dėl plieno permagnetinimo kiekvieną srovės periodą.Galia yyra proporcinga histerezės kilpos plotui: Pdk=VφHdB.

Taip pat nuostoliai atsiranda dėl sūkurinių srovių, kurių visiškai išvengti neįmanoma, bet jas ir neigiamą jų poveikį galima sumažinti, didinant magnetolaidžio elektrinę varžą.Vienfazės kintamosios srovės grandinės

a) kintamosios evj ir srovės gavimas, kintamosios srovės parametrai Im, I, Ivid, T, f, φ,ω.

Ats: Norint gauti sinusinę EVJ, magnetiniame lauke talpiname rėmelį ir sukame jį kampiniu greičiu . Dėl elektromagnetinės indukcijos rėmelio laidininkuose indukuojamos EVJ e1 ir e2.

amplitudine verte Im (didžiausia srovės verte periode);

kitimo periodu T (laiko tarpas, per kurį KS pilnai keičia savo dydį ir kryptį);

momentine verte i1, i2 (KS vertė konkrečiu laiko momentu);

dažniu f=1 / T (periodų kiekis, įvykstantis per 1 s; matuojamas Hz); pas mus tinkle f=50 Hz.

 – kampinis greitis. =/t.

Pradine faze  – fazės vertė pradiniu laiko momentu (t=0).

b) sinusinių dydžių vaizdavimas vektoriais, ...