Введение

Данная книга является учебным пособием по дисциплине «Электротехника». Теория электрических цепей основывается на законах Ома и Кирхгофа, изучает электромагнитные явления в технических системах, предназначенных для производства, передачи и распределения электрической энергии в различных устройствах, использующих электрическую энергию. Развитие теории электрических цепей связано с развитием электротехники, электроники, радиотехники, системотехники и кибернетики.

Курс теории электрических цепей базируется на основных физических понятиях теории электромагнитных процессов, знания различных областей высшей математики (теории дифференциальных уравнений, интегральных преобразований Фурье и Лапласа, численного анализа при решении алгебраических и дифференциальных уравнений).

На базе теории электрических цепей строятся последующие специальные дисциплины, связанные с анализом конкретных технических систем. Прикладная направленность курса определяет необходимость выполнения лабораторных работ и самостоятельное решение расчетных заданий по различным разделам курса.

В учебном пособии изложены методы преобразования и расчета электрических и магнитных цепей постоянного и переменного тока. Рассмотрены методы анализа электрических цепей в динамических режимах.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям: 220400 «Управление в технических системах»,230100 «Информатика и вычислительная техника», 200100 «Приборостроение», а также может быть использована студентами других направлений обучения и специалистами, работающими в электроэнергетике.

1. Электрические цепи

1.1.Основные понятия и определения теории электрических цепей

Электрическая цепь – совокупность устройств, служащих для генерирования, передачи и распределения электрической энергии, в которой процессы описываются с помощью понятий: напряжение, ток, Э.Д.С., мощность, энергия ( u, i, e, p, )

Элементом электрической цепи называются отдельные устройства, входящие в эту цепь.

Участок электрической цепи – часть электрической цепи, с включенными в нее элементами.

Ветвь – участок электрической цепи с последовательным соединением элементов.

Узел – место соединения трех и более ветвей.

1.2. Классификация элементов электрической цепи

По признаку активности элементы электрической цепи можно разбить на следующие группы:

- активные (источники);

- пассивные (приемники).

В активных элементах происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую. В пассивных элементах электрическая энергия превращается в неэлектрическую.

По количеству выходных зажимов (полюсов) элементы делятся на:

-двухполюсные (резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы и т. д.);

-многополюсные (трансформаторы, транзисторы, усилители, фильтры и т.д.).

А

Пассивный двухполюсник

Активный двухполюсник

Двухполюсник – часть электрической цепи, имеющий 2 выходных зажима. Если на разомкнутых зажимах двухполюсника нет напряжения – это пассивный двухполюсник, а если есть, то активный двухполюсник.

1.3. Условные графические обозначения элементов электрической цепи

Электрическая схема – условное графическое изображение электрической цепи в соответствии с государственными и международными стандартами.

1. Источники

1. микроисточники

   термопара

   светодиод

2

аккумуляторная батарея

) источники малой мощности

гальванический элемент

3. источники средней и большой мощности

генератор переменного тока

генератор постоянного тока

II. Приемники

1. р

   (с переменным сопротивлением R)

   езисторы

(с постоянным номиналом сопротивления)

2. к онденсаторы

(с постоянной емкостью)

(с переменной емкостью)

3. индуктивность

(индуктивность)

(дроссель)

Исправить рис

I

II.

- провод

- ключ

Неразъемное соединение (сварка)

- Вольтметр

- Амперметр

предохранитель с плавкой вставкой

- ваттметр

1.4. Основные характеристики электрической цепи

1.4.1.Электрический ток

Электрический ток- это заряд, прошедший через поперечное сечение проводника в единицу времени.

За направление тока принимают движение положительных носителей.

Где: i – мгновенное значение тока, q - заряд. [i]=А;

I – значение постоянного тока или действующее значение переменного тока.

1.4.2. Напряжение.

Напряжение численно равно энергии, затраченной на перемещение единичного положительного электрического заряда из одной точки поля в другую .

u₁₂= ; исправить

Где: u – мгновенное значение напряжения, [u] = В;

 - мгновенное значение электрической энергии.

U – значение постоянного напряжения или действующее значение переменного напряжения.

Напряжение можно определить также через разность потенциалов на концах участка.

u₁₂=₁-₂

Н

а пассивном участке цепи напряжение и ток совпадают по направлению, а на активном участке направлены противоположно.

1.4.3. Электродвижущая сила

ЭДС – численно равна работе по перемещению единичного положительного заряда внутри источника против сил электрического поля.

e – мгновенное значение ЭДС

Е – значение постоянной ЭДС или действующее значение ЭДС

[е] = В.

ЭДС характеризует источник, отвечает за перераспределение зарядов внутри источника.

1.4.4. Электрическая энергия

 - мгновенное значение энергии, [] = Дж

W – значение энергии постоянного тока

d=u dq; => d=u i dt;

(W = UIt)исправить

1.4. 5. Мощность (скорость изменения энергии)

p – мгновенная мощность

Р – мощность в цепи постоянного тока или активная мощность в цепи переменного тока [p] = Вт; если p>0 – пассивный участок, p<0 – активный.