экз-прог (Экзаменационная программа)

ПРОГРАММА

курса ТОЭ часть 1, лектор проф. П.А.Бутырин

1. Предмет ТОЭ. Понятие «электрическая цепь» и «схема электрической цепи». Ток и напряжение, условно-положительное направление тока и напряжения. Элементы электрической цепи: источники и приемники электрической энергии, элементы передающие и преобразующие электрическую энергию, активные и пассивные, двухполюсные и многополюсные. Резистивный, индуктивный и емкостной элемент. Внешняя характеристика и вольтамперная характеристика. Узел и ветвь цепи. Обобщенная ветвь. Классификация электрических цепей.

1. Законы и уравнения электрической цепи. Первый и второй законы Кирхгофа, закон Ома в алгебраической и дифференциальной форме, Обобщенный закон Ома и закон Ома для участка цепи. Компонентные уравнения для резистивного, индуктивного, емкостного элементов, источников.

1. Матричное описание электрической цепи. Топологические матрицы соединений и контуров, основное свойство топологических матриц. Запись уравнений Кирхгофа и компонентных уравнений в матричной форме для цепи постоянного тока.

1. Метод контурных токов. Дерево и хорды схемы цепи. Контурные токи. Связь токов ветвей с контурными токами в матричной форме. Вывод контурных уравнений в матричной форме. Контурные ЭДС и сопротивления. Свойства матрицы контурных сопротивлений. Расширенные контурные уравнения.

1. Метод узловых напряжений. Узловые напряжения. Связь напряжений ветвей с узловыми напряжениями в матричной форме. Вывод узловых уравнений в матричной форме. Задающие (узловые) токи и свойства матриц узловых проводимостей. Расширенные узловые уравнения.

1. Преобразование электрических цепей. Определение преобразования. Основные преобразования: замена последовательно соединенных резистивных элементов одним эквивалентным элементом, замена параллельно соединенных элементов одним элементом, прямая и обратная замена источника ЭДС с внутренним сопротивлением источником тока с внутренней проводимостью. Перенос источника ЭДС через узел. Перенос источника тока вдоль контура. Преобразования звезда-треугольник и треугольник-звезда. Замена ветви с известным током (напряжением) источником тока (напряжения).

1. Метод эквивалентного генератора: теорема об эквивалентном генераторе (принцип Гельмгольца). Определение параметров эквивалентного генератора. Методика расчета сложных электрических цепей методом эквивалентного генератора.

1. Диакоптика электрических цепей. Теорема об эквивалентном многомерном генераторе. Методика расчета сложной цепи с использованием эквивалентного многомерного генератора.

1. Основные свойства линейных цепей постоянного тока: а) принцип и метод наложения; б) свойство взаимности и метод расчета цепи, основанный на этом свойстве.

1. Баланс мощностей в цепях постоянного тока: доказательство, формулировка.

1. Энергетические соотношения передачи постоянного тока: условия передачи максимальной мощности.

1. Теорема существования и единственности решений уравнений электрических схем. Понятие особого контура и особого разреза. Примеры цепей с несовместимыми и вырожденными уравнениями.

1. Электрические цепи синусоидального тока: понятия периода, частоты и угловой частоты, фазы и начальной фазы, мгновенного, действующего и максимального значений тока, напряжения. Связь действующего значения с максимальным значением. Изображающий вектор и комплексный ток, напряжение. Связь токов и напряжений R, L, С элементов во временной и комплексной областях.

1. Комплексный метод расчета синусоидальных режимов электрических цепей.

1. Векторные диаграммы, комплексные сопротивления и проводимости последовательной и параллельной R, L, С-схемы.

1. Комплексные сопротивления и проводимости. Активные и реактивные составляющие токов и напряжений пассивных двухполюсников.

1. Мощности в цепях синусоидального тока: мгновенная, активная, реактивная, полная мощности. Связь мощностей. Коэффициент мощности. Выражение активной и реактивной мощностей через активные и реактивные составляющие токов и напряжений двухполюсников.

1. Баланс мощностей в цепях синусоидального тока. Теорема Телледжена, теорема Ланжевена. Доказательство

1. Треугольники токов, напряжений, сопротивлений, проводимостей, мощностей двухполюсников в цепях синусоидального тока.

1. Передача энергии между двумя активными двухполюсниками в цепях синусоидального тока.

1. Условие передачи максимальной мощности от источника к приемнику в цепях синусоидального тока. Понятие о продольной и поперечной компенсации реактивной мощности ( реактивной составляющей тока).

1. Резистор, конденсатор, индуктивная катушка. Схемы замещения и углы потерь конденсатора и катушки в цепях синусоидального тока.

1. Векторные и топографические диаграммы цепей синусоидального тока.

1. Цепи со взаимной индуктивностью: потокосцепление, ЭДС самоиндукции, взаимная индуктивность, сопротивление взаимной индукции, коэффициент связи, маркировка катушек.

1. Взаимная индуктивность в последовательных и параллельных соединениях. Магнитная развязка.

1. Уравнение и векторная диаграмма воздушного трансформатора. Идеальный трансформатор: определение, входное сопротивление и мощность цепи с идеальным трансформатором.

1. Резонанс в цепях синусоидального тока: резонанс напряжений, резонанс токов. Резонансная частота, добротность, характеристическое сопротивление и проводимость, затухание, графики токов, напряжений, сопротивлений, сдвига фаз последовательной и параллельной RLC- схем. Избирательные свойства RLC- схем: расстройка контура, обобщенная расстройка, частота среза, полоса пропускания.

1. Частотные характеристики цепей, состоящих только из реактивных элементов: нули, полюса, свойства характеристик. Методика качественного построения характеристик.

1. Комплексные частотные характеристики и передаточные функции пассивных двухполюсников.

1. Двойственность понятий, параметров, переменных, законов, уравнений теории электрических цепей. Дуальные цепи.

1. Четырехполюсники: первичные параметры, уравнения в А, Z, Y –параметрах. Особенности первичных параметров и схемы замещения пассивных четырехполюсников. Входные сопротивления и передаточные функции четырехполюсников.

1. Последовательное, параллельное, каскадное соединения четырехполюсников. Эквивалентные параметры таких соединений.

1. Экспериментальное определение первичных параметров четырехполюсников.

1. Первичные параметры четырехполюсников ИТУН, ИТУТ, ИНУН, ИНУТ, гиратора и конвертора сопротивления.

1. Вторичные параметры четырехполюсников.

1. Фильтры: полоса пропускания, полоса задерживания, идеальные фильтры низких частот, высоких частот, полосовой, заграждающий.

1. Диагностика пассивных многополюсников методом узловых сопротивлений.

1. Несинусоидальные процессы в электрических цепях. Ряды Фурье: постоянная составляющая, основная и высшие гармоники, явление Гиббса. Влияние вида симметрии графиков сигналов на особенности их разложения в ряду Фурье. Действующие значения токов и напряжений. Коэффициент формы, амплитуды, гармоник, искажений. Показатели качества электроэнергии: коэффициент искажения синусоидальности формы, коэффициент гармоник. Методика расчета цепей с несинусоидальными токами и напряжениями.

1. Биения колебаний, модулированные колебания. Амплитудная, частотная, фазовая модуляция. Частота модуляции, несущая частота, коэффициент модуляции, боковые частоты, действующее значение амплитудно-модулированного сигнала.

1. Мощности в цепях несинусоидального тока. Активная мощность, равенство Парсеваля. Полная мощность. Коэффициент мощности. Проблема определения реактивной мощности. Реактивная мощность по Будеану и по Фризе. Активная и реактивная составляющие токов и напряжений в цепях несинусоидального тока. Фильтро-компенсирующие устройства.