D100-Автоматизация и управление

Вопросы вступительного экзамена по дисциплине «Теоретические основы электротехники» 

  1. Закон Ома и законы Кирхгофа применительно к цепям постоянного тока. Основной расчетный параметр цепей постоянного тока. Цепи с последовательным, параллельным и смешанным соединением сопротивлений.
  2. Сложные цепи постоянного тока. Мощность цепи постоянного тока. Энергетический баланс.
  3. Основные определения: период, частота, угловая частота, фаза, начальная фаза, амплитуда, мгновенное значение тока и напряжения. Действующее значение синусоидального тока.
  4. Векторные диаграммы цепей. Расчет простейших цепей с помощью векторных диаграмм. Активная, реактивная и полная мощности цепи. Понятие о пассивном двухполюснике и об эквивалентных электрических цепях. Коэффициент мощности и КПД.
  5. Изображение синусоидальных токов и напряжений в виде комплексных чисел в показательной и алгебраической формах записи. Комплексное сопротивление, комплексная проводимость, комплексная мощность.
  6. Активное индуктивное и емкостное сопротивления в комплексной форме записи. Законы Кирхгофа в комплексной форме записи.
  7. Расчет разветвленных цепей синусоидального тока с одним источником энергии символическим методом.
  8. Непосредственное применение законов Кирхгофа для расчета сложных цепей. Общее количество уравнений в системе. Правила составления этих уравнений.
  9. Баланс мощностей. Метод контурных токов. Метод узловых напряжений. Принцип наложения и основанный на нем метод расчета цепи с несколькими источниками энергии. Теорема об эквивалентном источнике и метод расчета, основанный на этой теореме. Теорема взаимности и теорема компенсации.
  10. Определение резонансного режима цепи. Общее условие резонанса. Резонанс в цепи с последовательным и параллельным соединением R,L и C . Частотные характеристики цепей с последовательным и параллельным соединением RLC.
  11. Понятие о характеристическом сопротивлении, добротности, затухании, полосе пропускания цепи (контура). Резонанс в цепях со смешанным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости. Частотные характеристики. Понятие об электрических фильтрах.
  12. Взаимная индуктивность как общий параметр системы из двух индуктивно-связанных катушек. Соотношение между собственными индуктивностями катушек и их взаимной индуктивностью. Уравнения для напряжений двух индуктивно связанных катушек в комплексной форме записи. Сопротивление взаимной индуктивности.
  13. Согласное и встречное включения. Маркировка "начал" индуктивно связанных катушек. Расчет сложных цепей, содержащих индуктивно связанные катушки непосредственно по законам Кирхгофа.
  14. Генерирование трехфазной системы ЭДС. Соединение трехфазной цепи звездой и треугольником. Основные особенности каждого из этих соединений. Фазные и линейные токи и напряжения.
  15. Мощность трехфазной цепи. Симметричный и несимметричный режимы работы трехфазной цепи. Расчет статических трехфазных цепей. Получение вращающегося магнитного поля. Принцип действия асинхронного и синхронного трехфазного двигателя.
  16. Разложение несимметричной трехфазной системы векторов на составляющие: прямую, обратную и нулевую последовательности. Важнейшие свойства трехфазной цепи в отношении симметричных составляющих токов и напря-жений прямой, обратной и нулевой последовательностей.
  17. Симметричные составляющие сопротивлений обмоток вращающихся электрических машин. Преобразование несимметричной трехфазной, цепи в симметричную путем замены несимметричных участков цепи эквивалентным трехфазным источником ЭДС. Порядок расчета трехфазной цепи методом симметричных составляющих при обрыве линейных проводов и коротком замыкании на землю.
  18. Определение длинной линии. Первичные параметры длинной линии. Уравнения однородной линии в частных производных. Установившийся режим работы длинной линии при синусоидальных токах и напряжениях. Линия как симметричный четырехполюсник.
  19. Характеристические параметры линии. Бегущие волны, падающие и отраженные волны, длина волны, коэффициенты затухания и фазы, фазовая скорость волны. Коэффициенты отражения волны. Неискажающая линия. Линия без потерь. Стоячие волны. Входное сопротивление линии без потерь. Экспериментальное определение параметров линии.
  20. Установившиеся процессы в цепях с несинусоидальными ЭДС, напряжениями и токами. Гармонический анализ и разложение функций в ряд Фурье. Особенности рядов Фурье при различных видах симметрии несинусоидальных напряжений и токов. Методика расчета цепи при воздействии на нее несинусоидальных периодических ЭДС.
  21. Влияние характера нагрузки на соотношение между формой кривой тока и напряжения. Действующие и средние значения несинусоидальных периодических ЭДС, напряжений и токов. Мощность цепи несинусоидального тока. Коэффициент мощности. Коэффициенты, характеризующие форму кривой несинусоидальных ЭДС, напряжений и токов.
  22. Определение переходных процессов. Законы коммутации. Нулевые и ненулевые начальные условия. Классический метод расчета переходных процессов в нелинейных электрических цепях. Общий путь расчета переходных процессов классическим методом. Определение постоянных интегрирования из начальных условий.
  23. Переходные процессы в цепях с последовательным соединением элементов R,L и R,C при включении к источнику постоянного и синусоидального напряжения. Расчет переходных процессов при подключении цепей R,L и R,C к разрядному сопротивлению. Апериодический и колебательный переходные процессы в цепях с последовательным соединением элементов R,L,C. Расчет переходных процессов в сложных электрических цепях. Основные положения метода переменных состояния. Составление дифференциальных уравнений состояния и их решение методами численного интегрирования с помощью ЭВМ.
  24. Операторный метод расчета переходных процессов в линейных электрических цепях. Прямое и обратное преобразование Лапласа. Операторное изображение напряжений и токов как функций времени, их производных и интегралов.
  25. Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме. Эквивалентные операторные схемы. Основные этапы расчета переходных процессов в линейных электрических цепях операторным методом. Переход от изображений к оригиналу. Теорема разложения.
  26. Особые свойства нелинейных электрических цепей. Нелинейные элементы электрических цепей. Расчет электрической цепи постоянного тока при последовательном, параллельном и смешанном соединениях нелинейных элементов.
  27. Расчет электрических цепей, содержащих нелинейные элементы и источники ЭДС. Метод эквивалентного генератора для расчета сложных цепей с одним и двумя нелинейными элементами. Расчет сложной электрической цепи постоянного тока численными методами. Метод последовательных приближений.
  28. Законы и параметры магнитных цепей.
  29. Схемы замещения магнитных цепей. Расчет магнитной цепи с последовательным соединением участков. Расчет разветвленных магнитных цепей.
  30. Периодические процессы в нелинейных электрических цепях с инерционными элементами. Особенности периодических процессов в нелинейных цепях с безынерционными элементами. Метод эквивалентных синусоид. Формы кривых тока, магнитного потока и ЭДС в катушке с ферромагнитным сердечником. Потери в сердечниках из ферромагнитного материала.
  31. Уравнения, векторная диаграмма и эквивалентная схема катушки с замкнутым ферромагнитным сердечником. Комплексное магнитное сопротивление нелинейного дросселя и связь с комплексным электрическим сопротивлением на основе метода эквивалентных синусоид. Основные уравнения, векторная диаграмма и схема замещения трансформатора с ферромагнитным сердечником элементов.
  32. Особенности расчета переходных процессов в нелинейных цепях. Метод графического интегрирования. Приближенные аналитические методы расчета.
  33. Кусочно-линейный метод анализа нелинейных электрических цепей. Метод условной линеаризации. Метод переменных состояния. Численные методы расчета переходных процессов.
  34. Исходные положения. Напряженность электрического поля. Электрическое смещение. Уравнения электростатического поля. Скалярный потенциал. Уравнения Пуассона и Лапласа.
  35. Граничные условия. Плоскопараллельное поле. Поле в неоднородной среде. Электростатическое экранирование.
  36. Исходные положения. Законы Ома, Кирхгофа и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
  37. Уравнения электрического поля в проводящей среде. Граничные условия. Аналогия с электростатическим полем. Сопротивление заземления.
  38. Исходные положения. Индукция и напряженность магнитного поля. Закон полного тока в интегральной и дифференциальной формах.
  39. Вихревое и потенциальное поля. Принцип соответствия плоскопа-раллельных электрических и магнитных полей. Магнитное экранирование.
  40. Метод зеркальных изображений. Метод разделения переменных. Приближенные методы расчета полей.
  41. Графический метод построения картины поля. Формулировка интегральных уравнений и методы их решения. Метод конформных отображений. Моделирование полей.
  42. Макроскопические параметры среды. Связь векторов поля в поляризуемых средах.
  43. Электростатическая модель диэлектрической среды. Разграничение материала по электропроводности.
  44. Расчет электрической емкости. Уравнения, выражающие связь между зарядами и потенциалами в системе тел. Частичные емкости. Метод средних потенциалов. Приближенные методы расчета емкостей. Сопротивление заземления.
  45. Расчет индуктивности. Общее выражение взаимной и собственной индуктивностей в однородной среде. Метод участков для расчета индуктивностей. Энергия электрического и магнитного полей и ее преобразование. Механические проявления электрического и магнитного полей.
  46. Условия квазистатичности. Закон электромагнитной индукции в интегральной и дифференциальной формах. Уравнения Максвелла в символической форме записи. Уравнения Максвелла в проводящей среде. Плоская электромагнитная волна в однородном диэлектрике.
  47. Скорость распространения электромагнитной волны. Длина волны. Граничные условия. Отражение и преломление электромагнитных волн на границе раздела двух сред. Теорема Умова-Пойнтинга. Передача энергии вдоль проводов линии и коаксиального кабеля.
  48. Плоская электромагнитная волна в проводящей среде. Длина волны и затухание волны в проводящей среде. Поверхностный эффект. Эквивалентная глубина проникновения и ее зависимость от частоты и параметров среды. Неравномерное распределение переменного магнитного потока в плоском листе. Неравномерное распределение тока в цилиндрическом проводе кругового сечения.
  49. Активное и внутреннее индуктивное сопротивления проводов кругового сечения. Эффект близости. Электромагнитное экранирование. Индукционный нагрев металлов. Понятие о магнитогидродинамике. Электромагнитное поле в нелинейной ферромагнитной среде.
  50. Поверхностный эффект в электротехнических устройствах. Поверхностный электрический эффект в прямоугольной шине и в круговом цилиндрическом проводнике. Поверхностный магнитный эффект в плоском ферромагнитном листе. Эффект близости для двух параллельных токопроводящих шин. Распространение электромагнитного поля в коаксиальном кабеле. 

Вопросы вступительного экзамена по дисциплине «Электрические машины» 

  1. Силовые трансформаторы. Устройство и принцип действия. Элементы конструкции. Магнитопроводы: стержневые, броневые, бронестержневые однофазных и трехфазных трансформаторов. Обмотки трансформаторов: цилиндрические, винтовые, непрерывные катушечные. Групповой трансформатор.
  2. Основные уравнения трансформатора. Коэффициент трансформации.
  3. Повышающий и понижающий трансформатор. Приведенный трансформатор.
  4. Схемы замещения двухобмоточного трансформатора (Т-образная, Г-образная).
  5. Векторные диаграммы трансформатора под нагрузкой (активно-индуктивной, активно-емкостной).
  6. Опыт холостого хода трансформатора: электрическая схема, схема замещения, ток холостого хода, потери холостого хода, характеристики холостого хода, векторная диаграмма.
  7. Опыт короткого замыкания трансформатора: электрическая схема, схема замещения, напряжение короткого замыкания, потери короткого замыкания, характеристики короткого замыкания, векторная диаграмма.
  8. Определение параметров схемы замещения по опытам холостого хода и короткого замыкания.
  9. Работа трансформатора при нагрузке.
  10. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке.
  11. Регулирование вторичного напряжения. Внешняя характеристика,
  12. Потери и КПД трансформатора при различных величинах и характерах нагрузки.
  13. Условие максимума КПД.
  14. Схемы и группы соединения обмоток трансформатора.
  15. Параллельная работа трансформаторов.
  16. Условия включения и распределения нагрузки между трансформаторами при параллельной работе.
  17. Основные элементы конструкции электромеханических преобразователей переменного тока.
  18. Принцип взаимного преобразования электрической и механической энергии в индукционных преобразователях.
  19. Электрические машины переменного тока (синхронные, асинхронные).
  20. Принцип обратимости преобразования энергии в электрических машинах. Создание вращающегося магнитного поля. Пульсирующие, эллиптические и круговые поля.
  21. Основные уравнения АМ. Схемы замещения (Т-образная, Г-образная).
  22. Электромагнитный вращающий момент АД. Режимы работы АМ: двигателя, генератора, электромагнитного тормоза.
  23. Скольжение. Электромагнитный вращающий момент АМ в режиме двигателя при различных значениях угла между ЭДС и током обмотки ротора.
  24. Способы пуска АД с короткозамкнутым ротором.
  25. Прямой способ пуска, ограничения при его применении.
  26. Реакторный, автотрансформаторный, переключением звезда-треугольник. Пуск АД с фазным ротором. АД с короткозамкнутым ротором с улучшенными пусковыми характеристиками.
  27. Регулирование частоты вращения АД.
  28. Регулирование частоты вращения АД изменением частоты вращения поля.
  29. Регулирование частоты вращения АД изменением скольжения (изменением величины питающего напряжения, изменением активного сопротивления обмотки ротора, введением добавочной ЭДС в обмотку ротора).
  30. Явнополюсные и неявнополюсные СМ.
  31. Возбуждение СМ: независимое, вентильное (с самовозбуждением, независимое, бесщеточное).
  32. Магнитное поле обмотки возбуждения явнополюсной и неявнополюсной СМ.
  33. Магнитное поле обмотки якоря в явнополюсной СМ.
  34. Реакция якоря. Метод двух реакций, продольная и поперечная реакция якоря.
  35. Коэффициенты формы поля.
  36. Основные уравнения СМ.
  37. Векторные диаграммы токов, потоков, ЭДС и напряжения явнополюсного синхронного генератора при различных характерах симметричной нагрузки.
  38. Угол нагрузки. Перегрузочная способность, статическая устойчивость синхронных машин. Векторные диаграммы Блонделя для неявнополюсного синхронного генератора при различных характерах симметричной нагрузки.
  39. Характеристики синхронного генератора: характеристика холостого хода, внешняя, нагрузочная, регулировочная, короткого замыкания. Отношение короткого замыкания.
  40. Параллельная работа синхронных генераторов. Условия включения генераторов на параллельную работу. Синхронизация генераторов, методы синхронизации.
  41. Синхронные режимы параллельной работы СМ (компенсатор, генератор, двигатель). Угловая характеристика активной мощности СМ. Понятие о статической устойчивости. Работа СМ при постоянной активной мощности и переменном возбуждении
  42. Синхронные двигатели. Пуск синхронных двигателей.
  43. Основные элементы конструкции и принцип действия электромеханических преобразователей постоянного тока.
  44. Магнитное поле обмотки возбуждения, магнитное поле обмотки якоря. Результирующее магнитное поле, геометрическая и физическая нейтрали. Основные уравнения, ЭДС, электромагнитный момент МПТ.
  45. Генераторы постоянного тока независимого, параллельного, смешанного возбуждения.
  46. Условия самовозбуждения генераторов параллельного возбуждения. Основные характеристики генераторов.
  47. Двигатели постоянного тока. Пуск двигателей в ход.
  48. Особенности пуска ДПТ параллельного и последовательного возбуждения
  49. Скоростная, механическая, моментная характеристики ДПТ параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
  50. Режимы работы ДПТ: двигательный, генераторный, торможения противовключением, динамического торможения. Рабочие характеристики двигателей постоянного тока.