Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия (ДГМА)

Теоретические основы

ЭЛЕТРОТЕХНИКИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Учебное пособие

для студентов электротехнических специальностей

всех форм обучения

Утверждено

на заседании ученого совета

Протокол № от

Краматорск

ДГМА

2012

УДК 621. 3.01

ББК 31.21

Ф 33

Авторы:

Федоров М.М., д-р техн. наук, професор, Донецкий Национальный технический университет

Ткаченко А.А., канд. техн. наук, старший преподаватель, Донбасская государственная машиностроительная академия

Кутковой И.П., асcистент, Донбасская государственная машиностроительная академия

Рецензенты:

Фамилия И.О., звание, должность, ВУЗ;

Фамилия И.О., звание, должность, ВУЗ.

Рекомендовано

Міністерством освіти і науки, молоді та спорту України

(лист № від )

Ф 33	Теоретические основы электротехники. Электрические цепи постоянного тока: учебное пособие для студентов электротехнических специальностей всех форм обучения / М.М.Федоров [и др.]. – Краматорск: ДГМА 2012. – 121 с.

ISBN *********

В учебном пособии приведены основные топологические свойства цепей, классификация элементов электрической цепи, уравнения, описывающие состояние электрических цепей в виде законов Ома и Кирхгофа. Рассмотрены различные методы расчета и анализа электрических цепей, включая матричные методы, а также основные теоремы электрических цепей и методы преобразования. Впервые сформулированы основные свойства активных трехполюсников и разработаны методы определения параметров их эквивалентных схем замещения. Применение каждого метода проиллюстрировано решенными задачами с детальным объяснением решения. Пособие предназначено для самостоятельного изучения курса «Теоретические основы электротехники» студентами электротехнических и электромеханических специальностей высших учебных заведений.

У навчальному посібнику приведені основні топологічні властивості кіл, класифікация елементів електричного кола, рівняння, що описують стан електричних кіл у вигляді законів Ома і Кирхгофа. Розглянуті різні методи розрахунку і аналізу електричних кіл, включаючи матричні методи, а також основні теореми електрічних кіл і методи перетворення. Вперше сформульовані основні властивості активних триполюсників і розроблені методи визначення параметрів їх еквіва-лентних схем заміщення. Вживання кожного методу проілюстроване вирішеними завданнями з детальним поясненням рішення. Посібник призначений для самостійного вивчення курсу «Теоретичні основи електротехніки» студентами електротехнічних і електромеханічних спеціальностей вищих учбових закладів.

УДК 621.3

ББК 31.21

ISBN	© М. М. Федоров, А. А. Ткаченко, И. П. Кутковой, 2012 © ДГМА, 2012

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 7

1.1. Элементы электрической цепи 7

1.1.1. Пассивные элементы 8

1.1.2. Активные элементы 12

1.2. Разветвленные электрические цепи, их характеристики и уравнения, описывающие состояние цепи 17

1.2.1. Характеристики разветвленной электрической цепи 17

1.2.2. Уравнения для описания процессов электрической цепи. Законы Кирхгофа 20

1.2.3. Задачи расчета электрических цепей 21

2. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 22

2.1. Применение законов Кирхгофа для расчета и анализа электрических цепей 22

2.1.1. Использование законов Кирхгофа для схем с источниками напряжений 22

2.1.2. Особенности использования законов Кирхгофа для схем с источниками тока 29

2.1.3. Законы Кирхгофа в матричной форме 32

2.2. Метод контурных токов 45

2.2.1. Использование метода контурных токов для схем с источниками напряжений 45

2.2.2. Особенности использования метода контурных токов для схем с источниками тока 52

2.2.3. Матричные уравнения котурных токов 55

2.3. Метод узловых потенциалов 61

2.3.1. Метод узловых потенциалов для электрических схем общего вида 61

2.3.2. Особенности использования метода узловых потенциалов для схем, содержащих ветви только с источником напряжения 68

2.3.3. Матричные уравнения узловых потенциалов 71

2.4. Теоремы линейных электрических цепей 78

2.4.1. Баланс мощностей 78

2.4.2. Метод наложения 79

2.4.3. Метод эквивалентного генератора 89

2.4.4. Теорема компенсации 97

2.4.5. Свойства взаимности 101

2.4.6. Входные и взаимные проводимости ветвей 103

2.4.7. Активный трехполюсник 106

2.5. Методы преобразования электрических цепей 125

2.5.1. Расчет разветвленных цепей цепочного типа 126

2.5.2. Взаимное преобразование схем с источниками напряжения и источниками тока 133

2.5.3. Преобразование электрических цепей, в которых источник тока охватывает несколько ветвей 136

2.5.4. Подключение источников напряжения в ветви, подсоединенные к одному узлу 140

2.5.5. Замена параллельных ветвей эквивалентной ветвью 146

2.5.6. Взаимное преобразование схем звезда–треугольник 147

2.6. Экспериментальные методы исследования свойств цепей постоянного тока 157

2.6.1. Исследование характеристик активных и пассивных элементов цепей постоянного тока 158

2.6.1.1. Проверка номиналов пассивных резистивных элементов 158

2.6.1.2. Вольтамперные характеристики пассивных элементов цепей постоянного тока 159

2.6.1.3. Вольтамперные характеристики источников питания 160

2.6.2. Экспериментальная проверка закона Ома и законов Кирхгофа 162

2.6.3. Экспериментальная проверка методов расчета 164

2.6.4. Экспериментальная проверка метода наложения 166

2.6.5. Экспериментальная проверка метода эквивалентного генератора 168

2.6.6. Экспериментальная проверка теоремы компенсации 169

2.6.7 Экспериментальная проверка принципа взаимности 170

2.6.8. Экспериментальная проверка взаимных преобразований схем звезда–треугольник 171

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 174