Часть 1 Носов Геннадий Васильевич 2001 Томский

Часть 1 Носов Геннадий Васильевич © 2001 Томский политехнический университет, кафедра ТОЭ, автор Носов Геннадий Васильевич

Литература: 2

1. Теоретические основы 2. электротехники. В 3 -х т. : 3. Учебник для вузов. – 4. 4 -е изд. /К. С. Демирчян, 5. Л. Р. Нейман и др. –СПб. : 6. Питер, 2003. 3

2. Купцов А. М. Электротехника с элементами энергосбережения Учебное пособие. : -Томск Изд-во НТЛ, : 2003. – 344 с. 4

3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М. : Высшая школа, 1996. – 638 с. 5

4. Основы теории цепей/ Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, С. В. Страхов. М. : Энергоатомиздат, 1989. – 528 с. 6

Параметры электрических цепей

Электрическая цепь – это совокупность соединенных проводниками источников и приемников электромагнитной энергии 9

Электрическая цепь служит для передачи, распределения и преобразования электромагнитной энергии 10

Источники преобразуют различные виды энергии в электромагнитную энергию - аккумуляторы, электро машинные генераторы и другие устройства 11

Приемники – это накопители и потребители электромагнитной энергии 12

Накопители запасают и затем отдают в цепь электромагнитную энергию - это индуктивные и емкостные накопители 13

Потребители преобразуют электромагнитную энергию в другие виды энергии – это нагреватели, лампы, двигатели и другие устройства 14

Свое назначение электрическая цепь выполняет при наличии в ней электрического тока и напряжения 15

Электрический ток 16

Ток – это упорядоченное движение зарядов, равное скорости их перемещения через поперечное сечение участка цепи 17

(+) 1 u (-) 2 i

Для однозначного опреде ления тока заположитель - ное направление достаточно выбрать одно из двух его возможных направлений 19

Напряжение 20

Напряжение равно энергии, затрачиваемой на переме щениеединицы заряда из одной точки цепи в другую точку и равно разности потенциалов этих точек 21

Потенциал – это скаляр- ная величина, определяемая с точностью до постоянной и равная работе по переносу единицы положительного заряда из данной точки в точку с 23

Положительное направление напряжения связано с принятым положительным направлением тока, причем ток течет от более высоког потенциала (+) к более низкому потенциалу (-) 24

(+) (-) 1 i u 2

Мощность 26

Мощность характеризует преобразование энергии на участке цепи и равна скорости изменения этой энергии 27

Если р – то энергия >0 потребляется на данном участке цепи, а если<0 – р то энергия генерируется на этом участке цепи 29

Постоянные ток и напряжение 30

Постоянные ток и напряжение неизменны во времени и генерируются источниками постоянного тока и напряжения, например: аккумуляторами, генераторами и т. д. 31

i=I u =U P=UI i, u , p P U I t 0 32

Линейные элементы схем замещения

Для облегчения расчета и анализа цепей их заменя ют схемами замещения, составляемые из пассивных и активных элементов 34

Математическое описание этих элементов отражает реальные физические процессы, происходящие в электрических цепях 35

Линейные цепи характери зуютсялинейными уравне ниямидля токов и напряжений и заменяются линейными схемами замещения 36

Линейные схемы замещения составляются из линейных пассивных и активных элементов, вольтамперные характе ристикикоторых линейны 37

Пассивные линейные элементы схем замещения 38

Резистивный i u. R R 39

Резистивные элементы необратимо преобразуют электромагнитную энергию в тепло, причем величина сопротивления R (Ом) постоянна 40

Вольтамперная характеристика u. R(i) u. R u =R i 0 41

i Индуктивный u. L L 42

Индуктивные элементы запасают электромагнитную энергию W в магнитном поле, причем величина индук тивности L (Гн) постоянна 43

Схема замещения катушки R L 44

i Емкостный u. C C 45

Емкостные элементы запасают электромагнитную энергию W в электрическом поле, причем величина емкости С (Ф) постоянна 46

Схема замещения конденсатора R C 47

Примечания 1. При постоянном токе индуктивный элемент “закоротка ”: Так как UL a I , то b a b I 48

2. При постоянном напряжении емкостный элемент- “разрыв ”: Так как , то UС UС a b I 49

Активные линейные элементы схем замещения 50

Источник ЭДС е е i u 51

Идеальный источник ЭДС e характеризуется напряжением u, которое не зависит от протекающего тока i, причем сопротивление этого источника равно нулю 52

Вольтамперная характеристика u(i) u u=e i 0 53

Источник тока J J i u. J p = u. J. J 54

Идеальный источник тока J характеризуется током коi, торый не зависит от его напряженияu, причем сопротивление его равно бесконечности 55

Вольтамперная характеристика u(i) u i=J i 0 56

Активные и пассивные элементы применяются для составления схем замещения реальных источников электромагнитной энергии 57

Например, схема замещения аккумулятора: E I U E=UXX (I=0) I RВН J J=IКЗ=E/RВН (U=0) U I RВН U 58

Топологические понятия 59

Топологические понятия применяются при анализе и расчете схем замещения электрических цепей 60

Ветвь – это часть схемы, содержащая элементы цепи, по которой течет один ток 61

Узел – это точка схемы, к которой подходит не менее трех ветвей 62

Контур – это замкнутая часть схемы, образованная ее ветвями, причем в элементарный контур не входят другие контуры 63

ПРИМЕР 64

Схема u. J 65

Граф – это система из узлов и ветвей, которая отражает геометрическую структуру схемы и принятые направления токов 66

Граф 1 4 3 2 5 6 67

Дерево – это часть графа, содержащая без контуров все узлы графа 68

Дерево графа 1 4 2 69

Хорды дополняют дерево до исходного графа 70

Хорды графа 3 5 6 71

Главный контур состоит из ветвей дерева и только одной хорды, причем число главных контуров равно числу хорд 72

Главный контур графа 1 2 6 73

Главное сечение состоит из хорд и только одной ветви дерева причем число главных сечений равно числу ветвей дерева 74

Главное сечение графа 1 3 6 75