1 Название курса: Электротехника Лекции – 34 часов

1 Название курса: Электротехника Лекции – 34 часов Практич. занятия – 18 Лаборат. работы – 18 Новиков Сергей Автономович 8 корп.- 153 к.(также 152 к.)

2 А.С.Касаткин, М.В.Немцов Электротехника. Учебник. 11-е изд. М.: Изд. центр «Академия».-2008.

3 2. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Высшая школа, 1996 … 2008.

4 3. В.Д.Эськов, А.В.Каталевская. Курс лекций по теоретическим основам электротехники.- Изд. Томского политехнического университета - 2008.

5 Методические указания к лабораторным работам www.enin.tpu.ru/lib/TOE1.pdf www.enin.tpu.ru/lib/TOE2.pdf

6 Системы связи Компьютерные системы Системы управления и контроля Энергетика Системы обработки сигналов

7 Телефонная связь

8 Компьютерная томография головы взрослого человека

9 Используются все виды электрических систем

10 Есть ли что общее у различных систем? Да. Это электрические цепи. Электрическая цепь – математическая модель, приближенно описывающая поведение реальной электрической системы

11 Параметры электрических цепей

12 Электрическая цепь – это совокупность соединенных проводниками источников и приемников электромагнитной энергии

13 Электрическая цепь служит для передачи, распределения и преобразования электромагнитной энергии

14 Источники преобразуют различные виды энергии в электромагнитную энергию аккумуляторы, электро- машинные генераторы и другие устройства

15 Приемники – это накопители и потребители электромагнитной энергии

16 Накопители запасают и затем отдают в цепь электромагнитную энергию это индуктивные и емкостные накопители

17 Потребители преобразуют электромагнитную энергию в другие виды энергии – это нагреватели, лампы, двигатели и другие устройства

18 Свое назначение электрическая цепь выполняет при наличии в ней электрического тока и напряжения

Схема монтажа

20 Принципиальная схема

21 Схема замещения

22

23 Электрический ток

24 Ток – это упорядоченное движение зарядов. Сила тока – количество электричества, протекающее через сечение проводника в единицу времени.

25

26 Для однозначного опреде- ления тока за положитель- ное направление достаточно выбрать одно из двух его возможных направлений

27 Напряжение

28 Потенциал – это скаляр- ная величина, определяемая с точностью до постоянной и равная работе по переносу единицы положительного заряда из данной точки в точку с

29 Напряжение (разность потенциалов) между двумя точками электростатического поля равно взятой с обратным знаком работе по перемещению единичного положительного заряда из первой во вторую.

30

31 Положительное направление напряжения связано с принятым положительным направлением тока,причем ток течет от более высокого потенциала (+) к более низкому потенциалу (-)

32 + - V i

33 u (+) 1 (-) 2

34 Мощность

35 Мощность характеризует преобразование энергии на участке цепи и равна скорости изменения этой энергии

36

37 Если р>0 – то энергия потребляется на данном участке цепи, а если р<0 – то энергия генерируется на этом участке цепи

38 Измеренный i = - 3 A Какой аккумулятор разряжен ?

39 Постоянные ток и напряжение

40 Постоянные ток и напря- жение неизменны во времени и генерируются источниками постоянного тока и напряжения, напри- мер: аккумуляторами, генераторами и т.д.

41 I , u , p

42 Линейные элементы схем замещения

43 Для расчета и анализа цепей их заменя- ют схемами замещения, составляемыми из пассивных и активных элементов

44 Линейные схемы замещения составляются из линейных пассивных и активных элементов, вольтамперные характе- ристики которых линейны

45 Линейные цепи характери- зуются линейными уравне- ниями для токов и напря- жений

46 Пассивные линейные элементы схем замещения

47 Резистивный i u R

48 Резистивные элементы необратимо преобразуют электромагнитную энергию в тепло, причем величина сопротивления R (Ом) постоянна

49 Вольтамперная характеристика uR(i) 0 uR i uR=R i

50 Индуктивный i L u L

51 Индуктивные элементы запасают электромагнитную энергию W в магнитном поле, причем величина индук- тивности L (Гн) постоянна

52 Схема замещения катушки R L

53 Емкостный i u C C

54 Емкостные элементы запасают электромагнитную энергию W в электрическом поле, причем величина емкости С (Ф) постоянна

55 Схема замещения конденсатора R C

56 Примечания При постоянном токе индуктивный элемент - “закоротка”: Так как , то I b a U L

57 2. При постоянном напряжении емкостный элемент - “разрыв”: Так как , то UС I b a a b UС

58 Активные линейные элементы схем замещения

59 Источник ЭДС е i u е

60 Идеальный источник ЭДС e характеризуется напряже- нием u, которое не зависит от протекающего тока i,при- чем сопротивление этого источника равно нулю

61 Вольтамперная характеристика u(i) 0 u i u = e

62 Источник тока J i u p = u J J J .

63 Идеальный источник тока J характеризуется током i, ко- торый не зависит от его напряжения u, причем сопротивление его равно бесконечности

64 Вольтамперная характеристика u(i) 0 u i i = J

65 Активные и пассивные элементы применяются для составления схем замещения реальных источников электромагнитной энергии

66 Например, схема замещения аккумулятора: U I I U E RВН U I RВН J E=UXX (I=0) J=IКЗ=E/RВН (U=0)

67 Топологические понятия

68 Топологические понятия применяются при анализе и расчете схем замещения электрических цепей

69 Ветвь – это часть схемы, содержащая элементы цепи, по которой течет один ток

70 Узел – это точка схемы, к которой подходит не менее трех ветвей

71 Контур – это замкнутая часть схемы, образованная ее ветвями, причем в элементарный контур не входят другие контуры

72 ПРИМЕР

73 Схема u J

74 Законы Кирхгофа

75 Законы Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при постоянных и переменных напряжениях и токах

76 Первый закон Кирхгофа

77 Для любого узла цепи алгебраическая сумма токов равна нулю, причем со знаком “ + ” принимаются токи, (например), входящие в узел

78

79 Например: 0 i i i 3 2 1 = - - узел а:

80 Физически первый закон Кирхгофа – это закон непрерывности электрического тока

81 Второй закон Кирхгофа

82 Для любого контура цепи алгебраическая сумма напряжений на пассивных элементах и источниках тока равна алгебраической сумме ЭДС

83 Со знаком “+” принимаются те слагаемые, положительные направления которых совпадают с направлением обхода контура

84

85 J Например: + u -

86 Физически второй закон Кирхгофа характеризует равновесие напряжений в любом контуре цепи

87 Метод законов Кирхгофа

88 Решение системы уравнений, составленных по законам Кирхгофа, позволяет определить все токи и напряжения в рассматриваемой цепи

89 J U 3 к 1 к 2 к

90

91

92

93

6 ветвей, 4 узла. Схемы идентичны в геометрии соединения ветвей (топологии) Топология электрической цепи

95 Граф электрической цепи (ориентированный) Ветвь Узлы Путь Контур Сечение графа ( напр. S1 или S2) делит граф на два изолированных подграфа

96 Дерево графа Ветви связи Если m узлов, n ветвей, то число ветвей любого дерева d = m – 1, число ветвей связи с = n – (m – 1).

97 Записывается c = (n – m +1) независимых уравнений по 2-му закону Кирхгофа для контуров, отл. хотя бы одной ветвью (каждый контур со своей ветвью связи). По 1-му закону – (m – 1) уравнений, тогда имеем m – 1 + c = n уравнений; т.к. n – число ветвей схемы, то токи в них определяются однозначно. Для рассматриваемого графа: