ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время немыслима ни одна отрасль народного хозяйства без использования электрической энергии. «Электротехника» - одна из основных дисциплин, на которой базируются радиотехнические специальности.

Широкое применение электрической энергии обусловлено ее замечательными свойствами:

• обратимое преобразование электрической энергии в любые другие виды энергии (химическая, тепловая, механическая и другие);

• возможность передачи на любые расстояния (до тысяч километров);

• легко распределяется по потребителям;

• легко регулируется и контролируется специальными приборами.

Учебная дисциплина "Электротехника" является общепрофессиональной, формирующей базовые знания для освоения других общепрофессиональных и специальных дисциплин.

Требования к знаниям и умениям по электротехнике, которыми должны обладать студенты, сформулированы в государственных стандартах на специальность.

Для специальностей, связанных с радиотехникой, вычислительной техникой знание электротехники является базовым знанием для изучения специальных дисциплин. Важным является не только знание физических основ разделов дисциплины, но и умение проводить расчеты различных цепей.

В настоящее время издается большое количество учебной литературы по электротехнике, но достаточно малыми тиражами. Невозможно написать универсальный учебник, которым можно ограничиться при изучении дисциплины. Чтобы облегчить в какой-то мере работу студентам в приобретении навыков решения задач и по выполнению самостоятельных работ предлагается данное пособие. В данном методическом пособии приведены основные теоретические положения и примеры решения задач по следующим разделам электротехники:

• Методы расчета электрических цепей постоянного тока;

• Электромагнитное поле;

• Магнитные цепи;

• Электромагнитная индукция;

• Расчет цепей переменного тока.

Методическое пособие написано для технических специальностей:

• 210308 «Техническое обслуживание и ремонт радиоэлектронной техники (по отраслям)»;

• 230106 «Техническое обслуживание и ремонт средств вычислительной техники и компьютерных сетей»;

• 210313 «Аудиовизуальная техника и звукотехническое обеспечение аудиовизуальных программ».

Программы этих специальностей отличаются незначительно, и преподавание осуществляется по общим дидактическим единицам.

Для успешного освоения приемов и способов решения задач студент должен:

• ознакомиться с теоретическим материалом, изложенным в данном пособии, а при необходимости изучить рекомендованные разделы по учебникам Евдокимова Ф. Е. «Теоретические основы электротехники» М., В.Ш., 2001 и Лоторейчука Е.А. «Теоретические основы электротехники» М., «ФОРУМ-ИНФРА-М»,2006;

• изучить решение задач, приведенных в каждом разделе;

• закрепить полученные знания, решая задачи из раздела «Задания для закрепления изученных тем, разделов».

В данном пособии предусмотрен раздел «Задания для самостоятельной работы». Задания этого раздела могут быть использованы преподавателем для проведения рубежных контролей по темам и разделам. Задания можно рекомендовать для домашней самостоятельной работы студентов.

1 Методы расчета электрических цепей постоянного тока

1. Расчет линейных электрических цепей постоянного тока

1.1.1 Рекомендации для студента

Прежде, чем приступить к решению задач по расчету электрических цепей постоянного тока, необходимо понять физическую сущность электрических цепей. Для этого необходимо изучить по учебнику Евдокимова Ф. Е. «Теоретические основы электротехники» М., В.Ш., 2001год, стр.495 главы: «Электрический ток», «Электрическая цепь», «Расчет электрических цепей постоянного тока», «Некоторые методы анализа сложных электрических цепей», по учебнику Лоторейчука Е.А. «Теоретические основы электротехники» М., «ФОРУМ-ИНФРА-М»,2006 главы «Расчет линейных электрических цепей постоянного тока», «Методы расчета электрических цепей».

Электрическая цепь, содержащая только линейные элементы, называется линейной. Линейные электрические цепи подразделяются на неразветвленные и разветвленные цепи.Неразветвленная электрическая цепьпредставляет собой один замкнутый контур, состоящий из источников и потребителей, объединенных соединительными проводами. Источники, ЭДС которых совпадает с направлением тока в цепи, работают в режиме генератора, а источники, ЭДС которых не совпадает с направлением тока, работают в режиме потребителя.

Закон Омадля участка цепи:

, где

I –Ток на участке цепи;

U– Напряжение на участке цепи;

R– Сопротивление участка цепи.

Закон Омадля полной цепи:

, где

I –Ток в замкнутой цепи;

E- ЭДС источника цепи;

R₀ – Сопротивление источника;

R– Сопротивление цепи.

Полезная мощностьэлектрической цепи:

, где

U- Напряжение цепи;

I – Ток цепи;

R – Сопротивление цепи.

Величина токав неразветвленной электрической цепи определяется по закону Ома:

, где

- сила тока;

- алгебраическая сумма ЭДС всех источников;

- полное сопротивление цепи.

У источника, работающего в режиме потребителя, напряжение на зажимах больше, чем ЭДС самого источника:

, где

- напряжение потребителя;

- ЭДС потребителя;

- ток потребителя;

- сопротивление потребителя.

У источника, работающего в режиме генератора, напряжение на зажимах меньше, ЭДС самого источника:

, где

- напряжение генератора;

- ЭДС генератор;

- ток генератора;

- сопротивление генератора.

Напряжение на любом участке цепиможет быть определено по соотношению:

, где

- напряжение между точкой с положительным потенциалом и точкой с отрицательным потенциалом;

- положительный потенциал;

- отрицательный потенциал;

- полное сопротивление.

Разветвленная электрическая цепьпредставляет собой несколько замкнутых контуров, состоящих из источников и потребителей, объединенных соединительными проводами в одну электрическую цепь. Для разветвленной электрической цепи определены такие понятия как ветвь, узел, контур.

Ветвь представляет собой участок общей цепи, на котором величина тока имеет одинаковое значение.

Узелпредставляет собой точку, в которой соединяются ветви (в узле соединяется не менее трех ветвей).

Контурэлектрической цепи представляет замкнутую цепь, состоящую из нескольких ветвей (в сложных цепях может быть несколько замкнутых контуров).

Для сложных электрических цепей справедливы законы Ома и Кирхгофа. Законы Ома рассмотрены были нами ранее.

Первый закон Кирхгофа:

, где

I – токи, соединенные в одном узле.

Второй закон Кирхгофа:

, где

- сумма ЭДС в замкнутом контуре электрической цепи;

- сумма падений напряжений в замкнутом контуре электрической цепи.

Баланс мощностей:

, где

- сумма произведений ЭДС отдельных ветвей на токи в этих ветвях;

- сумма произведений квадратов токов в ветвях на сопротивления этих ветвей.

При изучении некоторых электрических цепей необходимо построить потенциальные диаграммы. Потенциальная диаграмма представляет собой график зависимости потенциалов точек цепи от величины сопротивлений участков между этими точками. Для построения потенциальной диаграммы одну из точек электрической цепи условно заземляют. Потенциал любой точки определяется как напряжение между этой точкой и точкой заземления. При построении потенциальной диаграммы. Со знаком «плюс» берут ЭДС генератора, со знаком «минус» ЭДС потребителя и падение напряжений на участках цепи.