МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ

Утверждено учебным управлением МЭИ в качестве учебного пособия для студентов

ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

по курсу ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

(Часть I)

Под редакцией Г.Н. Бельцевича

Издательство МЭИ

Москва 1992

631.3

У 912

УДК: 621.3.011.71(075.8)

Линейные электрические цепи (часть 1). Г.Н. Бельцевич, В.П. Герасименко,

А.К. Голубев, В.Н. Логинов, Л.Г. Зайцев / Под ред. Г.Н. Бельцевича.–М.:

Изд-во МЭИ, 1992. – 172 с.

Содержит материалы по курсу ТОЭ «Линейные электрические цепи» (часть 1). Изложение материала сопровождается большим количеством решённых задач. Предлагаются задачи для самостоятельной работы с целью закрепления знаний. Уделяется внимание матрично-топологическим методам исследования электрических цепей.

Предназначено для студентов вечерней формы обучения.

Московский энергетический институт, 1992 г.

Предисловие

Дисциплина «Теоретические основы электротехники» является важной частью системы

электротехнического образования. На ней базируются многие специальные курсы.

При изучении ТОЭ у студентов вечерних и заочных форм обучения встречаются определенные трудности. Одна из них – острый дефицит свободного времени. Настоящее пособие призвано помочь студентам в самостоятельном изучении ТОЭ. Студентам предоставляется право выбора материала.

Учитывая широкое применение вычислительной техники в базовых и специальных дисциплинах, в предлагаемом пособии значительное внимание уделено расчетам в матричной форме. При изложении материала авторы стремились показать применение теории к анализу конкретных задач, связанных с различными специальными областями электротехники. С целью облегчения изучения курса ТОЭ в пособии даются краткие методические указания, приводится много примеров с решениями. Для закрепления материала предлагаются задачи для самостоятельного решения с ответами.

Введение

Жизнь современного человека трудно представить без электричества. За последнее время широкое распространение получили автоматизация, электронизация и компьютеризация производства. Роль этих направлений и развитии производства в дальнейшем будет возрастать, что в первую очередь связано с одним из основных требований времени – повышением производительности и качества труда человека.

Электротехника – это часть физики и, как отдельная дисциплина, является результатом ее развития.

Венцом трудов замечательной плеяды ученых-физиков: М. Ломоносова, М. Фарадея, А. Ампера, Э. Ленца, Д. Максвелла, П. Лебедева. Г. Лоренца, было создание теории переменного электромагнитного поля.

Электромагнитное поле имеет две взаимосвязанные стороны - электрическое поле и магнитное поле. Можно создать условия, при которых заметна только одна сторона электромагнитного поля – или магнитное, или электрическое поле, причем, в этом случае вторая сторона электромагнитного процесса сильно затушевывается, хотя принципиально она непременно существует.

Задачи по электротехнике всегда стремятся решать на базе наиболее простой теории. При этом сталкиваются с двумя возможными подходами к рассматриваемому вопросу: с использованием интегральных величии, характеризующих работу устройства в целом (ток, напряжение и т. д.) и с использованием дифференциальных характеристик, дающих представление о состоянии того или иного материала в различных точках устройства (плотность тока, напряженность поля и т. д.).

Те методы, с помощью которых решается первая группа вопросов, относятся к методам, рассматриваемым в теории цепей; ко второй группе относятся задачи, решаемые методами теории электромагнитного поля.

Изложение материала настоящего пособия начинается с теории цепей постоянного тока.

Раздел первый. Линейные электрические цепи

1. Общие свойства и методы расчета (анализа) линейных цепей постоянного тока

1.1. Общие и методические замечания Основы электротехники были заложены трудами великих ученых – Г. Омом, Э. Ленцем, Д. Джоулем, Г. Кирхгофом и др. Так в 1827 году Г. Ом установил связь между сопротивлением, напряжением и током на участке цепи; русский академик Э. Ленц одновременно и независимо от Д. Джоуля, открыл закон преобразования электрической энергии в тепловую (1842 г.); основные закономерности расчета разветвлённых электрических цепей сформулировал Г. Кирхгоф (1845 г). Теория электрических цепей разделяется на две части - на анализ и на синтез электрических цепей.

В предлагаемом пособии будут рассматриваться вопросы анализа электрических цепей. В первых

трех главах первой части изучаются процессы, проходящие при постоянных токах.

Постоянным током называется ток, неизменный во времени.

Совокупность устройств, предназначенных для производства, передачи и потребления

электрической энергии, называется электрической цепью. Простейшая электрическая цепь

схематически показана на рис. 1.1 а и б.

Источником электрической энергии называется устройство, в котором механическая, химическая, световая или другие виды энергии преобразуются в электрическую. Одна из разновидностей реального источника электрической энергии ЭДС Е и внутренним сопротивлением R_В изображена на рис. 1.1 а и б. Это источник напряжения.

Электрические цепи, рассматриваемые в первой части настоящего пособия – это цепи с сосредоточенными параметрами.

Участок электрической цепи, на котором существенное значение имеет необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии (например, в тепловую, световую и т. д.) на схемах представляется в виде резистора, имеющего сопротивление R. На рис. 1.1 а и б – это, например, сопротивление нагрузки R_Н (приемник энергии).

Источник электрической энергии соединен с приемником проводами. Если не будет сделана специальная оговорка, то мы будем считать их сопротивление равным нулю (R_пров. = 0). При необходимости сопротивление проводов можно учесть виде сосредоточенного сопротивления.

	Электрические цепи бывают неразветвленными и разветвлёнными. В схемах различают ветви – участки цепи, по которым протекает одни и тот же ток, и узлы – соединение не менее трех ветвей (участков цепи). Рисунки 1.2 а и б поясняют сказанное.
	Некоторые части электрических схем могут быть активными, а другие – пассивными. Часть электрической схемы, в которой содержатся источники электрической энергии, называется активной частью. В пассивной части схемы отсутствуют источники электрической энергии. Применяемые в ряде случаев обозначения активной и пассивной частей схемы приведены на рис.1.3 а и б.

Значение первой главы настоящего пособия для дальнейшего изучения курса ТОЭ чрезвычайно велико.

Задачи анализа, как правило, сводятся к нахождению токов в ветвях схемы. Развитие и совершенствование различных методов расчета цепей связано в основном с уменьшением числа решаемых уравнений. Следует подчеркнуть, что в основе всех методов лежат законы Ома и Кирхгофа.

При изучении материала настоящей главы необходимо обратить внимание на изменение потенциала вдоль участка пени. Следует научиться записывать закон Ома для участка цепи, в том числе содержащего источники ЭДС.

При изучении материала о законах Кирхгофа надо обратить внимание на порядок расчета. Особенно это относится к правилам знаков при составлении уравнений по второму закону Кирхгофа. Рекомендуем правила расчета выучить. То же самое относится и к другим методам расчета.